DK167478B1 - Fremgangsmaade til fremstilling af fluidumsstyreorganer med haard overflade til haner og styreorgan til anvendelse i haner - Google Patents

Description

DK 167478 B1

Den foreliggende opfindelse angår fremstilling af fluidumsstyreorganer med hård overflade til haner.

Der er længe blevet anvendt par af små plader eller skiver af hårdt materiale som styreorganer i haner, hvad enten det er 5 enkelte haner eller blandehaner. Disse par eller små plader af hårdt materiale omfatter en fikseret lille plade, som tillader en eller flere åbninger for væskestrømningen, og en bevægelig lille plade, som berører den fikserede lille plade. Bevægelsen tilvejebringes ved manøvrering. Den bevægelige lille plade har 10 åbninger og/eller passende optrukket periferi, således at den skiftevis blotlægger, delvis lukker eller fuldstændig lukker en eller flere af åbningerne i den fikserede lille plade og derved styrer strømmen af væske gennem hanen. Indtil nu har de små plader været tilvejebragt i form af masser af hårdt, så-15 kaldt keramisk materiale omfattende oxider, silikater eller carbider af forskellige elementer, som kan formes til de krævede udformninger ved sintring af de tilsvarende pulvere og derefter udsættes for en lappeproces på deres arbejdsflader. Disse arbejdsflader kan også udsættes for bestemte behandlin-20 ger. F.eks. kan arbejdsfladerne dækkes med materiale med endnu større hårdhed ved fysisk eller kemisk pådampning af belægninger. Endvidere kan arbejdsfladerne, som er porøse, imprægneres med et smøremiddel.

De små plader, som fremstilles på de ovenfor nævnte måder, er 25 imidlertid ikke tilfredsstillende set ud fra visse synspunkter. Især tillader deres fremstilling ved sintring af keramisk pulver en væsentlig procentdel af spild og medfører alvorlige begrænsninger, hvad angår formgivning, som kan tilvejebringes på en økonomisk måde - i praksis så begrænset at kun plane små 30 plader med simpel form kan fremstilles. Det faktum, at det keramiske materiale, der anvendes til at tilvejebringe forseglingen og modstanden mod nedslidning af arbejdsfladerne, udgør hele massen af de små plader, medfører, at selve de små plader ikke er særlig modstandsdygtige over for brud og medfører og-35 så, at der ikke kan tilvejebringes særlig mange forskellige DK 167478 Bl 2 former. Den lave modstand mod brud føles især, når de små plader fremstilles af porøse materialer for at reducere berøringsarealet mellem de samvirkende små plader og derved reducere friktionen imellem disse. Især det faktum, at styreorga-5 nerne med hård overflade til haner kun kan tilvejebringes med fom af små plader, som er plane, må betragtes som en uacceptabel begrænsning. Pra det funktionsmæssige synspunkt har nogle styreorganer endvidere cylindriske, koniske eller kugleformede arbejdsflader, f.eks. nogle af de haner, som kan dreje og 10 glide aksialt eller nogle halvkugleformede distribueringsdele, hvilket kan foretrækkes i mange tilfælde.

Formålet med den foreliggende opfindelse er at tilvejebringe en ny fremgangsmåde, som er teknologisk og økonomisk velegnet til fremstilling af styreorganer med hård overflade til haner 15 og at tilvejebringe en type af forseglingsorgan, som ikke har ulemperne ved de hidtil kendte små plader fremstillet af hårdt materiale. Det foretrækkes også, at man er i stand til at vælge formen af disse styreorganer uden at være bundet af en plan udformning.

20 Dette er ifølge opfindelsen nået ved en fremgangsmåde, som er ejendommelig ved, at kroppen af styreorganet til hanen i hovedsagen fremstilles med den krævede form af aluminium eller dets legeringer, at arbejdsfladen på den fremstillede krop derefter udsættes 25 for anodisk oxidation under sådanne betingelser, at der tilvejebringes et passende tykt lag aluminiumoxid, at laget af aluminumoxid udsættes for en lappeproces, indtil det har en tilstrækkelig finish til at kunne virke som en tætning, 30 og at laget af aluminiumoxid endelig imprægneres med en substans, som er indrettet til at i hovedsagen fylde porerne deraf .

Det skal bemærkes, at rækkefølgen mellem de sidste to operationer kan ombyttes.

DK 167478 B1 3

Som følge af den her beskrevne fremgangsmåde tilvejebringes et styreorgan til haner, som har en krop fremstillet i hovedsagen af aluminium eller dets legeringer og en arbejdsflade, som udgøres af et tyndt lag af aluminiumoxid, som binder kraftigt 5 til metalkroppen. Overfladen bearbejdes, indtil den har opnået et højt finish-niveau og endvidere har denne overflade en porøs struktur og dens porer er aflukket ved hjælp af en imprægnerende substans.

Det faktum, at styreorganets krop er fremstillet af aluminium 10 eller dets legeringer, tillader den nemme og økonomiske fremstilling af enhver ønsket form ved hjælp af almindelige metal-lurgiske og mekaniske procesmidler og sikrer, at styreorganet har en høj mekanisk mods tands s tyrke mod skader og brud. Laget af aluminiumoxid fremstillet ved hjælp af anodisk oxidation 15 binder som beskrevet meget stærkt til metalkroppen og medfører ikke noget separeringsproblem. Aluminiumoxiden fremstillet på denne måde har en forøget grovhed, som er i stand til at nå den samme hårdhed som carborundum har, og er især velegnet til dannelse af en hård arbejdsflade på styreorganet. Aluminium-20 oxiden fremstillet på denne måde har endvidere en væsentlig porøs struktur med porer, der i hovedsagen strækker sig vinkelret på overfladen, og er derfor indrettet til at fremvise et berøringsareal, som er reduceret i sammenligning med andre styreorganer. Den imprægnerende substans, hvormed laget af 25 aluminiumoxid imprægneres, sikrer endvidere en tilstrækkelig forsegling af de små plader til trods for dannelsen af kalkagtige aflejringer i porerne.

Der findes diverse matallurgiske processer, som kan anvendes ved fremstilling af de små pladers krop. Nogle, som kan cite-30 res, er: forskydning, presning, udstansning, som starter med en plade for at fremstille dele med form af en lille plade, såvel som trykstøbning og præcisionsstøbning, der især er indrettet til fremstilling af dele, som har mere komplekse former. For at tilvejebringe hule styreorganer, såsom kæber, 35 omsluttende organer eller lejeholdere, kan der også anvendes DK 167478 B1 4 processer med boring, rømning og kalibrering ved plastisk deformation. Ved udførelse af den foreliggende opfindelse er disse diverse processer nemmere at udføre på grund af den excellente bearbejdning af aluminium eller dets legeringer.

5 Enhver af disse processer kan på passende måde vælges afhængigt af den ønskede udformning af styreorganet og størrelsen af den påtænkte produktion for at sikre både opnåelsen af de bedste tekniske resultater, såvel som af lave produktionsudgifter. I de tilfælde, hvor den valgte fremstillingsproces 10 ikke sikrer opnåelsen af en arbejdsflade, som er tilstrækkelig nøjagtig, glat og jævn, før der fortsættes med den anodiske oxidationsproces, kan denne overflade på den fremstillede metalliske krop bearbejdes mekanisk, indtil der opnås en tilstrækkelig grad af finish.

15 Hvad angår materialer til fremstilling af kroppen, aluminium -rent eller en legering af aluminium med kobber, silicium, magnesium, mangan, titan eller andre materialer - kan anvendes, og valget afhænger af de valgte processer til fremstilling, og kravene, der stilles til modstandsdygtighed over for korro-20 sion.

Den anodiske oxidation af arbejdsfladen kan udføres ved elek-trolytisk behandling i et syre- eller alkalisk bad med en af de talrige processer, der kendes til opnåelse af et sådant mål. F.eks. kan der anvendes et bad med svovlsyre og et ind-25 hold på 15% eller et bad af organiske syrer med tilførte salte af ti- tan, thorium, zirconium med en elektrisk strøm, der har en intensitet for at tilvejebringe en potentialeforskel på mellem 12 og 22 volt. Med det mål at opnå et beskyttende lag på aluminiumet, er den normale behandling at afbryde den ano-30 diske behandling ved opnåelse af et lag af aluminiumoxid, som er få hundrededele millimeter tykt. Ved den forudsete anvendelse af opfindelsen kan et aluminiumoxidlag med denne begrænsede tykkelse kun tilvejebringes, hvis den forudgående arbejdsflade på den metalliske krop er tilstrækkelig præcis, 35 glat og jævn, således at lappeprocessen kan begrænses til DK 167478 B1 5 fjernelse af et meget tyndt lag af aluminiumoxidbelægningen. Hvis den metalliske krop til at starte med ikke har en tilstrækkelig finish, må den anodiske behandling fortsættes, indtil der dannes et tykkere lag af aluminiumoxid, f.eks. indtil 5 det når få tiendedele af en millimeter. Dette tillader efterfølgende behandling ved lapning ved fjernelse af et relativt tykt lag af aluminiumoxid.

Som bemærket, nødvendiggør teknikken med anodisk oxidation de nødvendige midler til at regulere tykkelsen af det fremstille-10 de aluminiumoxid og at regulere porøsiteten - hvad enten man ønsker at regulere de absolutte dimensioner af disse porer eller at regulere procentdelen af overfladen, der udgøres af selve porerne - ved på passende måde at vælge sammensætningen af badet, dets temperatur, intensiteten af den elektriske 15 strøm og længden af behandlingstiden. Den velegnede belægning, som anses for at være den mest foretrukne til laget af aluminiumoxid, kan derfor tilvejebringes ved at regulere de kendte behandlingsparametre, således at de bedste resultater kan opnås . 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Lappeprocessen adskiller sig ikke fra den, der anvendes på de 2 små plader af keramisk materiale, når styreorganerne har form 3 af små plader med plane overflader. Den har en analog karakter 4 i forhold til processen, der anvendes på krystallinser, når 5 arbejdsfladerne har cylindrisk, konisk eller kugleformet kon- 6 veks form. Den svarer også til processen, der anvendes på hy 7 drauliske cylindre eller på forbrændingsmotorer, når arbejds- 8 fladerne har en konkav form. Der er ikke nogen særlige proble 9 mer i forbindelse med fremstillingen af aluminiumoxid tilveje 10 bragt ved anodisk oxidation. En sådan proces kan udføres iføl- 11 ge de procedurer, som er velkendt teknik. Som allerede nævnt 12 kan lappeprocessen begrænses til fjernelse af et meget tyndt 13 lag af aluminiumoxid i tilfælde, hvor arbejdsfladen efter 14 processen med anodisk oxidation allerede er tilstrækkeligt 15 præcis, glat og jævn. Sådanne operationer må udføres dybere, 16 når der er korrektioner, som må udføres på grund af defekter i DK 167478 B1 6 parterne eller i planheden eller når den resulterende overflade fra den anodiske oxidation er væsentlig ujævn.

Imprægneringen med en imprægnerende substans for at fylde porerummene, som naturligt eksisterer i aluminiumoxidbelægnin-5 gens struktur, kan tilvejebringes ved anvendelse af en af de mange velkendte imprægneringsprocesser. Ved disse processer nedsænkes parterne, som skal imprægneres, i et bad med imprægnerende substans - reduceret til en tilstrækkelig flydende tilstand, og hvis nødvendigt ved opvarmning, opløsning eller 10 fortynding under vakuum eller under tilstrækkelig hævet tryk -for at sikre penetreringen af imprægneringssubstansen ind i laget af aluminiumoxidsporer. Imprægneringssubstansen kan også påføres ved kemisk reaktion eller fysisk pålægning direkte i aluminiumoxidlagets porer. Disse processer er særligt forde-15 lagtige, når man ønsker at anvende en fast substans som imprægneringsmaterialet .

Hvad angår valget af imprægneringssubstans skal det siges, at der er mange muligheder, fordi det ikke kræves, at denne substans har en bestemt karakteristik. Dens funktion med at ud-20 fylde porerne i aluminiumoxidlaget er vigtig for at på den ene side at sikre den hydrauliske forsegling af styreorganet, som kan indeholde en for stor porøsitet og først og fremmest for at forhindre kalkaflejringer på indersiden af porøsiteterne som følge af vandet, som løber gennem vandhanen. Ved frem-25 gangsmåden tages med i betragtning, at den progressive forøgelse af friktionskoefficienten for styreorganerne i hanerne principielt afhænger af dannelsen af kalkaflejringer i deres porer, hvilket for tidligt vil medføre ujævnheder på arbejds-fladen. For først og fremmest effektivt at forhindre dannelsen 30 af aflejringer som disse, er det nødvendigt at imprægnerings-substansen optager det meste af porerne, er godt forankret i porerne og ikke er i stand til at udslippe fra disse med ti den. På den anden side må imprægneringssubstansen heller ikke medføre en forøgelse af friktionskoefficienten. Naturligvis er 35 det ikke dårligt, hvis imprægneringssubstansen har nogle smø- DK 167478 B1 7 rende egenskaber, men det er ikke specielt krævet, fordi sådanne egenskaber ikke anvendes, idet denne substans må gå ind i porerne og forblive der uden at være i stand til at bevæge sig mellem de samvirkende overflader af styreorganerne for at 5 reducere friktionskoefficienten. Endelig må imprægneringen være fysisk og kemisk resistent over for berøring med vand inklusive det varme vand, som kan løbe fra hanen. Med tanke på at de forudnævnte krav må imødekommes, skal det forstås, at imprægnerings substansen kan vælges fra et stort antal af mate-10 rialer. Derfor kan man vælge syntetiske harpikser fra praktisk taget alle de kendte grupper af vokser, hydrocarboner, halogenerede hydrocarboner, siliconer og også væsker, semi-væsker eller faste substanser f.eks. grafit, molybdensulfid, amorft eller krystallinsk silicone.

15 I det tilfælde, hvor tilstedeværelsen af imprægneringssubstansen virker fordelagtigt eller i det mindste ikke er forstyrrende for lappeprocessen, eller i de tilfælde, hvor denne sidste proces udføres på en sådan måde, at lappeprocessen ikke forstyrres af tilstedeværelsen af imprægneringssubstansen, kan 20 imprægneringen også udføres efter den anodiske oxidationsbe-handlig og før lappeprocessen eller omvendt. I det tilfælde, hvor imprægneringssubstansen er på fast form og tilvejebringes direkte i porerne ved en kemisk reaktion eller en fysisk belægning, bliver det særligt fordelagtigt først at fortsætte 25 med imprægneringsprocessen og derefter med lappeprocessen. På denne måde tilvejebringer lappeprocessen en i hovedsagen uforstyrret overflade, som delvis udgøres af aluminiumoxid og delvis af imprægneringssubstansen, som fylder porerne i aluminiumoxiden .

30 Som følge af anvendelsen af konceptet ifølge den foreliggende opfindelse kan fordelene ved anvendelse af styreorganer med hård overflade forøges. Udover at blive anvendt i haner, som styreorganer for de små plader, kan organerne også anvendes i haner som andre typer af styreorganer. F.eks. kan de anvendes 35 som styreorganer for haner, som drejer eller glider eller som DK 167478 B1 8 kan udføre begge sådanne bevægelser i samvirkning med lejeholdere, beklædninger eller kæber. Endvidere kan de anvendes som distribueringsorganer i form af kugleformede hætter, der samvirker med et kugleformet konkavt sæde. I hvert tilfælde kan 5 processen anvendes afhængigt af omstændighederne til begge de samvirkende kontrolorganer eller kun til en af dem. Med andre ord kan et kontrolorgan, som har alle karakteristika ifølge opfindelsen, samvirke med et andet kontrolorgan, som også har alle karakteristika ifølge opfindelsen, eller det kan samvirke 10 med et andet kontrolorgan med en traditionel struktur, eller med et, som kun har en del af karakteristikaene ifølge den foreliggende opfindelse, såsom et organ, der har en krop af aluminium eller dets legeringer og en arbejdsflade, som har undergået en anodisk oxideringsproces og en lappeproces, men som 15 ikke er imprægneret med en imprægneringssubstans.

Hvad angår styreorganer med forskellig form til små plader giver anvendelsen af opfindelsens idé styreorganerne mekanisk modstand mod brud, excellente forseglingskarakteristika, samt lille væskestrømningsmodstand og eftergivelighed for lang an-20 vendelse. Muligheden for at frit kunne udforme styreorganerne er favorabel ved udformningen af hele hanen.

Opfindelsen angår ikke kun fremgangsmåden, men også styreorganerne med en karakteristik udformning, som er et resultat fra den beskrevne fremgangsmåde i forbindelse med haner, som har 25 brug af styreorganer, der har alle eller nogen af de angivne karakteristika.

Den foregående detaljerede beskrivelse er ment til at fremme forståelsen og ingen unødvendige begrænsninger skal kunne uddrages derfra, idet der kan udføres mange ændringer uden at 30 man derved afviger fra opfindelsens idé.

Claims (17)

1. Fremgangsmåde til fremstilling af fluidumsstyreorganer med hård overflade til haner, kendetegnet ved trinnene 5 formning af hovedkroppen af styreorganet til hanen af et aluminiumsbaseret metal, belægning af hovedkroppen ved hjælp af anodisk oxidation med et lag af aluminiumoxid, lapning af laget af aluminiumoxid til dannelse af en overflade med færdig finish indrettet til at virke som en forsegling og imprægne-10 ring af porerne i aluminiumoxidlaget med et fyldmateriale.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at hovedkroppen formes ved en metallurgisk proces udvalgt fra gruppen omfattende forskydning, presning, udstansning, støbning, boring, rømning og kalibrering ved plastisk deformation.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at belægningen ved anodisk oxidation tilvejebringes ved elek-trolytisk behandling i et bad med et forudbestemt syreindhold under regulering af badets sammensætning, temperaturen i badet, den elektriske strøm, der passerer gennem badet, og læng-20 den af den elektrolytiske behandling til dannelse af laget af aluminiumoxid.

4. Fremgangsmåde ifølge krav 3, kendetegnet ved, at lappeprocessen fjerner en part af laget af aluminiumoxid i forbindelse med niveauet af præcision, planhed og ruhed af 25 aluminiumoxidlaget, der resulterer fra den anodiske oxidation.

5. Fremgangsmåde ifølge krav 4, kendetegnet ved, at imprægnerings operat ionen udføres ved neddypning af styreorganet i et imprægneringsfluidum. 1 Fremgangsmåde ifølge krav 4, kendetegnet ved, 30 at imprægneringsprocessen udføres ved fysisk pålægning af en imprægneringssubstans direkte i aluminiumoxidlagets porer. DK 167478 Bl

7. Fremgangsmåde ifølge krav 4, kendetegnet ved, at imprægneringsprocessen udføres ved kemisk pålægning af en imprægneringssubstans direkte i aluminiumoxidlagets porer.

8. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, 5 at hovedkroppen undergår en lappeproces til dannelse af en overflade med finish før hovedkroppen belægges ved anodisk oxidation.

9. Fremgangsmåde til fremstilling af et fluidumsstyreorgan med hård overflade til haner, kendetegnet ved trin- 10 nene at forme hovedkroppen af styreorganet til hanen af et aluminiumsbaseret metal, at belægge hovedkroppen ved anodisk oxidation med et lag af aluminiumoxid, at imprægnere aluminiumoxidlagets porer med et fyldmateriale, og at lappe alumini-umoxidlaget til dannelse af en overflade med færdig finish 15 indrettet til at virke som en forsegling.

10. Fremgangsmåde ifølge krav 9, kendetegnet ved, at hovedkroppen formes ved en metallurgisk proces udvalgt fra gruppen omfattende forskydning, presning, udstansning, støbning, boring, rømning og kalibrering ved plastisk deformation.

11. Fremgangsmåde ifølge krav 9, kendetegnet ved, at belægningen ved hjælp af anodisk oxidation udføres ved elektrolytisk behandling i et bad med et forudbestemt syreindhold under regulering af sammensætningen af badet, temperaturen af badet, den elektriske strøm, der passerer gennem badet, 25 og varigheden af den elektrolytiske behandling til dannelse af laget af aluminiumoxid.

12. Fremgangsmåde ifølge krav 11, kendetegnet ved, at lappeoperationen fjerner en part af laget af aluminiumoxid ifølge præcisionsniveauet, planheden og ruheden af aluminiumo- 30 xidlaget resulterende fra den anodiske oxidation.

13. Fremgangsmåde ifølge krav 12, kendetegnet ved, DK 167478 B1 at imprægneringsprocessen udføres ved neddypning af styreorganet i et imprægneringsfluidum.

14. Fremgangsmåde ifølge krav 12, kendetegnet ved, at imprægneringen udføres ved fysisk pålægning af en imprægne- 5 ringssubstans direkte i aluminiumoxidlagets porer.

15. Fremgangsmåde ifølge krav 12, kendetegnet ved, at imprægneringsprocessen udføres ved kemisk pålægning af en imprægneringssubstans direkte i aluminiumoxidlagets porer.

16. Styreorgan til anvendelse i haner for at styre fluidums-10 strømmen i hanen, kendetegnet ved, at styreorganet omfatter en hovedkrop formet af et aluminiumsbaseret metal, et belægningslag af aluminiumoxid påført hovedkroppen, hvilket aluminiumoxidlag har en glat finish og et antal porer, og en imprægnerings substans imprægneret i aluminiumoxidlagets porer.

17. Styreorgan ifølge krav 16, kendetegnet ved, at aluminiumoxidlaget påføres hovedkroppen ved anodisk oxidation.

18. Styreorgan ifølge krav 17, kendetegnet ved, at imprægneringssubstansen udvælges fra gruppen indeholdende en syntetisk harpiks, grafit, molybdænsulfid og silicone. 1