DE2801049C2

DE2801049C2 - Ventil

Info

Publication number: DE2801049C2
Application number: DE2801049A
Authority: DE
Inventors: Masataka Nobeoka Miyazaki Machida; Youichi Ninomiya; Hirotosho Ogawa; Tomoyuki Ueda
Original assignee: Asahi Yukizai Corp
Current assignee: Asahi Yukizai Corp
Priority date: 1977-04-01
Filing date: 1978-01-09
Publication date: 1985-10-03
Also published as: AU3215578A; GB1544797A; CH621397A5; IT1155779B; FR2385957B1; DE2801049A1; SE433115B; FR2385957A1; CA1085803A; SE7800083L; IT7847721A0; ES466092A1; US4266754A; AU517628B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Drosselklappenventil, das besonders widerstandsfähig gegen Korrosion und gegen Druckbeanspruchung ist.

Um die Korrosions- und Druckfestigkeit solcher Klappenventile zu verbessern, ist es bereits bekannt, auf den mit dem Strömungsmittel in Berührung tretenden Flächen der Ventilklappe und auch des Ventilsitzes eine Schutzschicht anzubringen, die aus einem Fluor enthal tenden Kunstharz hergestellt ist. Zusätzlich wird eine stützende elastische Zwischenschicht aus elastomerem Material zwischen der Schutzschicht und der radial inneren Fläche des Ventilsitzes angeordnet, um damit die dichte Berührung zwischen der Ventilklappe und dem Ventilsitz zu verbessern und damit auch eine Verbesserung der Ventilanordnung gegenüber Druckbeanspruchung zu erreichen. In der praktischen Ausführungsform werden die beiden Schichten des Ventilsitzes zu einer Schicht vereinigt, die wieder abnehmbar an der Innenfläche des Ventilgehäuses befestigt wird (vergl. zum Beispiel die DE-OS 23 39 097).

Als Schutzschichtmaterial wird in üblichen Klappenventilen hauptsächlich Polytetrafluorethylen verwendet, das nachfolgend PTFE genannt ist. Als elastisches Material für die stützende Zwischenschicht wird hauptsächlich Natur- oder synthetischer Gummi verwendet.

PTFE zeigt zwar überlegene Antikorrosionseigenschaften, aber auch ein ziemlich hohes Maß an Gasdurchlässigkeit. Falls derartige Klappenventile, die mit diesem Material ausgekleidet sind, in Rohrleitungen für gasförmige Strömungsmedien benutzt werden, wie z. B. gasförmiges Chlor, dringt das Gas durch die Schutzschicht hindurch u d in die stützende Zwischenschicht ein, so daß das Material dieser Zwischenschicht dadurch leicht seine Elastizität verlieren kann. Das bedeutet, daß die Widerstandsfähigkeit des Ventils gegen Druck und seine Dichtungsfunktion schnell mangelhaft werden. Weiterhin hat PTFE ein Materialgefüge, das im Temperaturbereich zwischen 18 und 25° C einen Umwandlungspunkt aufweist; die Umwandlung ist mit einer ge wissen Volumenausdehnung verbunden. Wenn die Schutzschichten auf den zusammenwirkenden Flächen von Ventilklappe und Ventilsitz aus diesem gleichen Material bestehen, kann bei wiederholtem Ein- und Ausschalten des Ventils eine Beeinträchtigung des gegenseitigen Gleitverhaltens und schlimmstenfalls eine Beschädigung der Schutzschichten infolge Gegenwirkung der Gegenflächen eintreten, was wiederum dazu führt, daß das Strömungsmedium Durchtritt durch die Schutzschicht findet und die zuvor erwähnten Funktionsbeeinträchtigungen auftreten.

Die Erfindung bezweckt, ein verbessertes Drosselklappenventil zu schaffen, bei dem die vorstehend erläuterten Nachteile bekannter Ventile im wesentlichen beseitigt sind und das in besonders hohem Maße gegen Korrosion geschützt und widerstandsfähig gegen Druck ist, und zwar auch bei ausgedehnter, längerer Benutzung.

Zu diesem Zweck wird bei einem Drosselklappenventil mit einem einen axialen Durchflußkanal aufweisen den Ventilgehäuse und einer drehbar darin .ingeordneten Ventilklappe, wobei der ringförmige Ventilsitz im Ventilgehäuse und die Ventilklappe auf den den Durchflußkanai begrenzenden Innenflächen mit einer Schicht aus einem fluorhaltigen Kunststoff versehen sind und der ringförmige Ventilsitz radial außerhalb der Innenflächen-Schicht eine elastische Stützschicht aufweist, erfindungsgemäß entweder die Ventilklappe mit PTFE beschichtet und die Innenflächen-Schicht des ringförmigen Ventilsitzes aus PVDF bestehend ausgebildet, oder es ist die Ventilklappe mit PVDF beschichtet und die Innenflächen-Schicht des ringförmigen Ventilsitzes besteht aus einer radial inneren PTFE-Schicht und einer radial äußeren PVDF-Schicht Damit wird die stützende elastische Zwischenschicht vollständig geschützt und andererseits das glatte gleitende Zusammenwirken zwischen den beiden Ventilteilen, der Ventilklappe und dem Ventilsitz, erhalten. Außerdem kann die elastische Zwischenschicht, wenn sie in einer eine ständige Verformung des elastischen Materials verhindernden Struktur und Form ausgebildet ist, diese unbeeinträchtigt auch bei langer Benutzungsdauer beibehalten, da die Zwischenschicht durch die Schutzschicht geschützt bleibt, was dazu beiträgt, daß eine dauerhafte dichte Passung zwischen den zusammenwirkenden Flächen von Ventilklappe und Ventilsitz gewährleistet ist. Da das PVDF ein verhältnismäßig hartes Material ist, wird durch dessen Vorhandensein in der Material-Paarung PVDF/ PTFE gesichert, daß auch nach länger dauerndem Gebrauch beim öffnen und Schließen Ventilklappe und Ventilsitz einwandfrei gleitend und sicher dichtend zusammenwirken. Da PVDF ziemlich schlechte Gleiteigenschaften hat, ist es wesentlich, daß nur die Ventilklappe oder der Ventilsitz mit diesem Material geschützt sind, und zwar unter Verwendung der stützen den elastischen Zwischenschicht beim Ventilsitz, wodurch ein befriedigender Schutz gegen Gaskorrosion gewährleistet ist. Die jeweilige Gegenfläche wird mit PTFE beschichtet, um die erforderliche Gleitfähigkeit zu gewährleisten.

Die Gasdurchlässigkeit von PVDF ist erheblich kleiner als die von PTFE und beträgt, bezogen auf die letz tere, etwa V₂So für Sauerstoff und etwa V₂oo für Stick-

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stoff. Daher kann selbst dann, wenn die Innenfiächen-Schicht des ringförmigen Ventilsitzes nur eine dünne Schicht von PVDF aufweist, eine Beschädigung des elastomeren Materials der Zwischenschicht infolge gelegentlichen Eindringens eines korrodierenden Gases wirksam vermieden werden.

PVDF zeigt andererseits vergleichbares Verhalten mit Bezug auf antichemische Eigenschaften und Wärmefestigkeit, verglichen mit PTFE, so daß die praktische Verwendung nur geringfügig beschränkt ist

Die Hai te von PVDF ist höher als die von PTFE. Dadurch wird ein Gegenangriff der zusammenwirkenden Flächen von Ventilklappe und Ventilsitz, der zu mechanischer Beeinträchtigung der Gegenflächen führen und Undichtigkeiten dieser Schutzschichten infolge mechanischen Verschleißes bewirken könnte, sicher ausgeschlossen.

Die PVDF-Beschichtung kann leicht und wirtschaftlich dadurch aufgebracht werden, daß die Fläche mit Pulver beschichtet und die Schicht geformt und durch Wärme gehärtet wird.

Die PVDF-Schicht hat eine verhältnismäßig geringe Elastizität. Da diese Schicht auf dem Ventilsitz jedoch verhältnismäßig dünn ist und auf der stützenden Zwischenschicht aus elastomerem Material liegt, die in einer besonderen Form ausgebildet ist, ergibt sich eine sehr gute Abdichtung im Zusammenwirken mit der beweglichen Ventilklappe. Für die stützende Schicht aus elastomerem Material, die aus Natur- oder synthetischem Gummi hergestellt sein kann, lassen sich als synthetischer Gummi vorzugsweise Chloropren oder Siliixm-Gummi verwenden, die auf eine entsprechende Härte vulkanisiert werden. Vorzugsweise wird ein der PVDF-Schicht entsprechender Körper vorgeformt und auf den Verbindungsflächen mit einem wärmehärtenden Harz versehen, und dann in einer zweiten Form durch Aufbringen des elastomeren Materials, das danach vulkanisiert wird, die Zwischenschicht ausgebildet und so der Ventilsitz vervollständigt

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung veranschaulicht. Es zeigt

F i g. 1 eine Ausführungsform der Erfindung, teils in Seitenansicht, teils in einem axialen Längsschnitt,

F i g. 2 einen Querschnitt durch das Ventil nach F i g. 1 entlang der Schnittlinie H-II' dieser Figur, und

F i g. 3 eine einem Ausschnitt aus F i g. 1 entsprechende Teildarstellung einer abgewandelten Ausführungsform.

Ein Klappenventil, siehe F i g. 1 und 2, weist ein Ventilgehäuse A auf, das aus zwei Hälften 1 und 2 zusammengesetzt ist, die zu diesem Zweck mit aufeinander passenden Flanschen la, 2a und la', 2a'ausgebildet sind. Die Gehäusehälften 1 und 2 sind lösbar mittels Schraubbolzen und Muttern 10 miteinander verbunden, von denen in F i g. 1 der einfachheithalber nur eine Verbindung 10 dargestellt ist.

Im zusammengebauten Zustand hat die Ventilanordnung eine große zylindrische Bohrung 12, die als Durchgangsweg für vorzugsweise gasförmige Medien dient, deren Durchfluß entweder ein- oder ausgeschaltet oder in seinem Ausmaß durch das Ventil gesteuert wird.

Die Wandung der Durchgangsbohrung 12 wird von einer Schicht 3 aus PVDF gebildet, die radial innen gelegen auf einer elastischen, sie stützenden Zwischenschicht 4 angeordnet ist. Diese Schichten 3 und 4 sind fest miteinander verbunden und bilden einen einheitlichen Ventilsitz 21, der mit einem üblichen Formungsverfahren vorgefertigt worden ist. Der Ventilsitz 21 ist dicht und fest anliegend, jedoch abnehmbar auf der Innenfläche des Ventilgehäuses A angeordnet

Der obere Gehäuseteil 1 ist einteilig mit einem nach außen vorspringenden oder oberen Flansch 13 ausgebildet Ebenso weist der untere Gehäuseteil 2 einen entsprechenden unteren Flansch 14 auf. Diese Teile 13 und

14 halten drehbar den oberen und den unteren Endabschnitt eines Ventilschaftes 6, der sich entlang der mittleren, senkrechten Achse der Ventilanordnung und rechtwinklig zur Achse des von der Bohrung 12 gebildeten Strömungskanales erstreckt

Diese Teile 13 und 14 sind mit zentralen, mit Bezug auf F i g. 1 senkrechten Bohrungen 13a und 14a versehen, die den Ventilschaft 6 aufnehmen, der mit der kreisförmigen Ventilklappe 5, die mit einer Schutzschicht aus PTFE versehen ist, zu einem einheitlichen Teil verbunden ist Die Bohrungen 13a und 14a führen durch die stützende Zwischenschicht 4 und die Schutzschicht 3 hindurch; sie sind mit einer Schicht des Materials versehen, aus dem die Schicht 3 besteht Die äußeren Endabschnitte der Bohrungen 13a und 14a sind durch mit Kopf und Außengewinde versehene Stopfen 15 bzw. 16 verschlossen. Der obere Stopfen 15 hat eine Bohrung, durch die der Schaft 6 hindurchgeht. Der untere Stopfen 16 ist massiv ausgeführt

Die Ventilklappe 5 ist, ausgehend von ihrem äußeren Umfang und konzentrisch zum Ventilschaft 6, mit einem Ringeinschnitt 18 versehen, der in Verlängerung der Bohrung 13a liegt und einen Anschlagring 11 aus Gummi oder dergleichen und eine Gruppe von V-Ringdichtungen 7 enthält die den Ventilschaft 6 umgeben und in seitlicher Druckberührung mit der Bohrungsfortsetzung stehen, die mit der Fortsetzung der Schutzschicht 3 bedeckt ist Die Dichtungsringe 7 werden durch die axiale Druckkraft zusammengehalten, die in Abwärtsrichtung über eine Druckbuchse 8 mittels des Stopfens

15 ausgeübt wird, der zu diesem Zweck bei 9 mit einem Gewinde versehen ist.

Die Dichtungsringe 7 können aus PTFE bestehen; jeder Ring 7 ist mit einem konkav-konvexen Querschnitt ausgebildet.

In dem Teil 14 mit der senkrechten Bohrung 14a sind entsprechende Elemente vorgesehen, die mit 8', 11' und 18' bezeichnet sind und die gleiche Funktion und Wirkung wie die entsprechend bezeichneten Elemente im Teil 13 haben.

Das Ventilgehäuse A ist an den beiden inneren Kanten winklig eingeschnitten, siehe F i g. 2, um entsprechend winklige Vorsprünge 4b der stützenden elastischen Zwischenschicht 4 aufzunehmen, so daß dadurch die dichte Verbindung zwischen dem Ventilgehäuse und der Zwischenschicht 4 verbessert wird. Die Zwischenschicht 4 hat einen U-förmigen Querschnitt, so daß sie den wesentlichen inneren Abschnitt des Ventilgehäuses umgibt, die Flanschen la, la'und 2a, 2a'jedoch frei läßt Dabei kann ein kleiner leerer Spalt 4din jedem Eckeneinschnitt bleiben, um gelegentliche elastische Verformungen des Materials der Stützschicht aufzunehmen. Die Zwischenschicht 4 weist an den äußeren Kanten der U-Schenkel nach innen springende Ausbeulungen 4c auf, die die dichte Verbindung mit den Gehäuse-Hälften 1 und 2 sichern, während zur Aufnahme elastischer Verformungen in und an dem Material der Zwischenschicht 4 Ringrillen 4a bildende Einschnitte vorhanden sind. Die Tiefe der Ringrillen 4a kann vorteilhaft in der Größenordnung von V₃- V₄ der Dicke der Zwischenschicht 4 betragen.

Der obere und der untere Teil 13 bzw. 14 sind mit

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Bolzenlöchern 19 bzw. 20 ausgebildet, durch die hindurch Bolzen gesteckt werden, mit denen die Ventilanordnung in einer Leitung angeordnet und befestigt wird, z. B. durch Verschraubung mit Rohrflanschen der Leitung.

F i g. 2 zeigt die Ventilanordnung in ihrer vollständig geschlossenen Lage. Um die Ventilanordnung in diese Stellung zu überführen, wird der Schaft 6 um 90° gedreht, bezogen auf die vollständig geöffnete Stellung. Durch Einstellung der Ventilklappe 5 auf eine Zwischenlage kann die Strömung durch das Ventil hindurch entsprechend gesteuert werden. Ein Ventilgetriebe für die Ausführung einer solchen Steuerung des Durchflusses durch das Ventil wird in üblicher Weise ausgebildet und ist in der. F i g. 1 bis 3 nicht dargestellt.

In der in Fig.3 veranschaulichten abgewandelten Ausführungsform haben die Bezugszeichen I₁ la, 2 und 2a die gleiche Bedeutung wie in den F i g. 1 und 2.

Die innere Schutzschicht 3 ist bei dieser Ausführungsform in zwei eng aneinander passende Schichten 3a und 3b unterteilL Die (nicht gezeigte) Ventilklappe 5 ist mit PVDF beschichtet. Die radial äußere Schutzschicht 3a, die in Berührung mit der elastischen Zwischenschicht 4 steht, besteht aus PVDF. Die radial innere Schutzschicht 3b, die dem durch das Ventil hindurch fließenden Strömungsmittel ausgesetzt ist, z. B. gasförmigem Chlor, besteht aus PTFE. Damit sind die Ventilklappe und das Ventilgehäuse wirksam gegen chemische Korrosion und gegen mechanische Erosion dadurch geschützt, daß die zusammenwirkenden Flächen von Ventilklappe und Ventilsitz in der Material-Paarung PVDF/PTFE arbeiten. Außerdem ergibt sich aufgrund dessen, daß die radial innere Schutzschicht 3b aus PTFE hergestellt ist und die innerste Schicht des abnehmbaren Ventilsitzes bildet, eine einwandfreie Gleitberührung zwischen der Ventilklappe und dem Ventilsitz.

Die innere Schutzschicht 3 bzw. die aus den Schichten 3a und 3b bestehende Schutzschichtkombination ist mit der stützenden Zwischenschicht 4 unter Verwendung eines wärmehärtenden Harzes dicht verbunden. Das wärmehärtende Harz kann gleichzeitig mit der Vulkanisation des für die stützende Zwischenschicht 4 verwendeten elastomeren Materials gehärtet werden.

Für die Herstellung wird zunächst pulverförmiges PVDF in eine erste, aus zwei Teilen zusammengesetzte Form eingebracht und in einen gehärteten Zustand überführt, so daß damit die Schutzschicht 3 vorgefertigt wird.

Dieses vorgefertigte Vorprodukt 3 wird 2—3 Minuten zur Entfettung in eine Reinigungsflüssigkeit getaucht Die R-einigungsflüssigkeit kann z. B. eine Mischung sein, die im Gewichtsverhältnis von 20 :24 :56 aus 20%iger NaOH, C₂H₅OH und H₂O besteht und auf 60—70° C erwärmt ist Dann wird das vorgefertigte Vorprodukt mit Wasser gewaschen und getrocknet und auf seiner Verbindungsfläche mit einem wärmehärtenden Harz, das als Handelsprodukt erhältlich ist, beschichtet

Die stützende Zwischenschicht aus elastomerem Material wird in einer zweiten Form vorgefertigt und nach dem Herausnehmen aus der Form mit Methanol entfettet Das dafür verwendete elastomere Material ist unvulkanisiert

Sodann werden die beiden Vorprodukte gemeinsam in eine dritte Form gesetzt und mit Wärme und Druck weiterbehandelt, etwa 20 Minuten lang mit 5—50, vorzugsweise 10 kg/cm² bei 150-155⁰C. Auf diese Weise werden die Schichten innig verbunden und ergeben den einheitlichen Ventilsitz 21, wobei die Wärmehärtung und die Vulkanisierung gleichzeitig ausgeführt werden können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

28 Ol 049 Patentansprüche:

1. Drosselklappenventil mit einem einen axialen Durchflußkanal aufweisenden Ventilgehäuse und einer drehbar darin angeordneten Ventilklappe, wobei der ringförmige Ventilsitz im Ventilgehäuse und die Ventilklappe auf den den Durchflußkanal begrenzenden Innenflächen mit einer Schicht aus einem fluorhaltigen Kunststoff versehen sind und der ringförmige Ventilsitz radial außerhalb der Innenflächen-Schicht eine elastische Stützschicht aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilklappe (5) mit PTFE beschichtet ist und die Innenflächen-Schicht (3) des ringförmigen Ventilsitzes (21) aus PVDF besteht.

2. Drosse'klappenventil mit einem einen axialen Durdiflußkanal aufweisenden Ventilgehäuse und einer drehbar darin angeordneten Ventilklappe, wobei der ringförmige Ventilsitz im Ventilgehäuse und die Ventilklappe auf den den Durchflußkanal begrenzenden Innenflächen mit einer Schicht aus einem fluorhaltigen Kunststoff versehen sind und der ringförmige Ventilsitz radial außerhalb der Innenflächen-Schicht eine elastische Stützschicht aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilklappe (5) mit PVDF beschichtet ist und die Innenflächen-Schicht (3) des ringförmigen Ventilsitzes (21) aus einer radial inneren PTFE-Schicht (3b) und einer radial äußeren PVDF-Schicht (3a) besteht.