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Fallstudie: Monolithischer Dreifach-Ventilkörper

316L Edelstahl | SLM | Mehrweg-Ventilkörper mit integrierten Flanschen

Metall-3D-Druck-Anwendung

1. Hintergrund

Ein Hersteller von Prozessantriebstechnik montierte einen dreiwegigen chemischen Umschaltventil aus drei gegossenen Teilen, die mit PTFE-Dichtungen verschraubt waren. Die mehrteilige Bauweise hatte chronische Leckstellen an den Dichtungen, erforderte lange Lieferzeiten für die Gussteile und der interne Fließweg hatte mehrere 90°-Übergänge, die zu Druckverlusten führten. Ein monolithischer Ventilkörper mit optimiertem internen Fließweg und integrierten Flanschen war erforderlich, um die Leckstellen zu eliminieren und die Effizienz zu verbessern.

2. Die Herausforderung

Die Designanforderungen umfassten:

· Drei integrierte Flanschanschlüsse (DN80, DN80, DN50) in einem einzigen monolithischen Körper

· CFD-optimierter interner Fließweg, der die drei 90°-Übergänge des alten verschraubten Bauteils ersetzt

· Befestigungslöcher gemäß ASME B16.5 für kompatible Flansche für den Einbau

· Keine Dichtungen, keine verschraubten Verbindungen im Fließweg — vollständig schweißfreie Bauweise

· Druckklasse PN40, dicht unter 50 bar hydrostatischem Test

3. Die Lösung

Der dreiwegige Ventilkörper wurde als ein einziger monolithischer Teil mit CFD-optimierten internen Fließkanälen neu gestaltet, die einen sanften Übergang zwischen den drei Anschlüssen ermöglichen, und durch Selektives Laserschmelzen (SLM) aus 316L-Edelstahl hergestellt.Die drei Flansche, der Körper, der interne Strömungsweg und die Bolzenlöcher wurden als ein durchgehendes Teil gedruckt — keine Gussteile, keine Schweißnähte, keine Dichtungen im benetzten Pfad. Die Flanschflächen wurden finish-bearbeitet, um die ASME B16.5-Oberflächenqualität für direktes Bolten an Standardrohrleitungen zu erreichen. Der optimierte interne Strömungsweg reduzierte die Anzahl der 90°-Abbiegungen von drei auf eins, mit einem glatten Tangensübergaz dazwischen.

 

Abbildung 1: SLM-gedruckter 316L-Dreiwegeventilkörper — 3/4-Ansicht zeigt zwei DN80-Flansche und einen DN50-Flansch, vollständig monolithisch

 

Abbildung 2: Gleicher Ventilkörper von der Seite — große Flanschfläche mit Bolzenlochmuster entsprechend ASME B16.5

 

Abbildung 3: Draufsicht — durch den offenen Flansch sichtbare intern CF-optimierte Strömungskammer

 

Abbildung 4: Seitenprofilansicht — zeigt den gesamten Körperumfang und die drei Portachsen

4. Das Ergebnis

· 40% Gewichtsreduktion — vs.klassische dreiteilige Gussteile + verschraubte Montage

· Keine Dichtungen im Fließweg — vollständig monolithisch, undichte Stellen

· 30% geringerer Druckverlust — durch CF-optimierten internen Fluss

· Dicht bei 50 bar — durch hydrostatischen Test an jedem Einheit verifiziert

· Kompatibel mit ASME B16.5 Flanschen — Ersatz für bestehende Rohrleitungen ohne Anpassungen

· Lieferzeit: 3 Wochen — von CAD bis zum bearbeiteten, einsatzbereiten Gehäuse

“Wir haben sechs Dichtungen und drei verschraubte Verbindungen aus jedem Ventil entfernt. Die Serviceaufrufe in den ersten sechs Monaten sanken auf null, und unsere Effizienz ist messbar gestiegen.”

 

Material: 316L Edelstahl  |  Verfahren: SLM / Metall-3D-Druck  |  Anwendung: Monolithischer Drewegeventilkörper