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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bearbeitung der in Form einer Kugelzone ausgebildeten Dichtfläche einer Klappenventilscheibe, welche an ihrer Rückseite mit zwei Lageraugen für die Antriebsspindel ausgestattet ist, bestehend aus einem Aufspanndorn, der z. B. in das Futter einer Drehmaschine einsetzbar ist.
Bei der Herstellung von Klappenventile bedeuten die massgerechte Anfertigung und die Gewährleistung der koaxialen Beschaffenheit der Dichtfläche der Klappenventilscheibe das grösste und am schwierigsten lösbare technische Problem. Wenn die in Form einer Kugelzone ausgebildete Dichtfläche der Scheibe nicht genau an das Gegenstück des Gehäuses des Ventils angepasst ist, schliesst die Scheibe nicht entsprechend, lässt durch und die Dichtfläche oder deren überzug wird als Folge von Erosionswirkungen beschädigt und das Ventil wird schliesslich unbrauchbar.
Eines der grössten Hindernisse einer massgerechten Herstellung ist der Umstand, dass es während der spanabhebenden Bearbeitung, d. h. während des Drehens, Fräsens und Schleifens der Scheibe unmöglich ist, die Abmessungen der Dichtfläche zu ermitteln und festzustellen, welche Spantiefe einzustellen ist, um die vorgeschriebene Endabmessung zu erreichen.
Die Ventilscheibe, die die Dichtfläche des Klappenventils trägt, ist eine Flachscheibe und der Schnittpunkt der den Punkten der Kugelzone zugeordneten Radien der Mittelpunkt einer Kugel, die gleichsam in der Luft schwebt ; dieser Umstand verursacht beim Abmessen der den Punkten der Dichtfläche zugeordneten Radien eine in der Praxis unüberwindliche Schwierigkeit. Ein weiteres Problem besteht darin, dass sich der Kugelmittelpunkt der Dichtfläche auf der Achse bzw. auf der Mittellinie der antreibenden Spindel befinden soll, auf welcher die Scheibe befestigt ist. Da die Stelle des Kugelmittelpunkts mit keinem Messinstrument direkt erreicht werden kann, ist diese Forderung in der Praxis unerfüllbar.
Das sind die Probleme, weswegen verhältnismässig wenig Betriebe die Herstellung von Klappenventilen übernehmen, obwohl diese von technischem Standpunkte aus sehr gut und erfolgreich verwendbar sind.
Gemäss einem bekannten Vorschlag zur Herstellung der Kugelsegmentfläche von Klappenventilscheiben wird die Bearbeitung auf einer Drehmaschine mittels eines Profilstahls durchgeführt. Der Nachteil dieser Methode besteht darin, dass die Dichtfläche nach deren Bearbeitung im allgemeinen keine Kugelfläche ist. Der Kugelmittelpunkt der Fläche fällt selten auf die Spindelachse und dieser Umstand zeigt sich erst beim Zusammenbau. Wird aber die Kugelzone bisweilen vollkommen, dann ist entweder der Durchmesser oder die Lage des Mittelpunkts ungenau. Die Mess- und Formabweichungen sind hauptsächlich darauf zurückzuführen, dass eine zuverlässige Messung während der Bearbeitung bisher undurchführbar war.
Eine andere bekannte Verfahrensweise ist die Bearbeitung mit einer Kopierdrehmaschine. Der Nachteil dieses Verfahrens liegt ebenfalls darin, dass der Mittelpunkt der Kugelzone nur selten in die Achse bzw. auf die Mittellinie der Spindel fällt. Die Abmessungen sind nur durch ein indirektes Messverfahren mittels einer Reihe von Messungen festzustellen und dies bildet natürlich eine Fehlerquelle. Zum Messen sind verschiedene Messgeräte nötig, was eine Erhöhung der Investitionskosten sowie der Bearbeitungszeit zur Folge hat, da die Einstellung und die Bedienung der Messgeräte verhältnismässig viel Zeit in Anspruch nimmt.
Zur Bearbeitung von Klappenventilscheiben ist auch eine auf eine Drehmaschine montierbare Kugeldrehvorrichtung bekannt. Bei diesem Verfahren wird ein Aufspanndorn mit entsprechendem Durchmesser durch die Bohrung der Ventilscheibe gesteckt und zwischen Spitzen eingespannt. Auf den Stahlhalter wird eine Vorrichtung befestigt, die während der Bearbeitung einen Kreisbogen durchläuft. Dieses Verfahren ist deswegen nachteilig, weil die Kante des eingespannten Stahls schlagartig beansprucht ist, so dass die Kante allmählich stumpf und daher ungenau wird. Die Bearbeitung nimmt viel Zeit in Anspruch. Wird anstatt des Stahls ein Schleifstein eingespannt, so nutzt sich derselbe infolge der schlagartigen Beanspruchung noch schneller als der Stahl ab.
Das Messen ist nur in einer Ebene, nämlich in der Mittelebene, durchführbar und vorerst muss noch der Mittelpunkt festgestellt werden.
Zur Bearbeitung von Kugelzonen ist auch die mit Rundtisch arbeitende Kugeldrehmaschine bekannt ; diese eignet sich aber nur zum Bearbeiten der Oberfläche einer Vollkugel oder einer Halbkugel. Bei der Herstellung von Kugelzonen auf einer solchen Drehmaschine ist das Messen überhaupt
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nicht durchführbar.
Bei der Bearbeitung der Kugelzonen wurde auch die Anwendung von einem topfartigen Fräser erprobt, diese Versuche haben aber kein zufriedenstellendes Resultat ergeben.
Es sind schliesslich Versuche erfolglos geblieben, bei denen verschiedene Kombinationen der bereits bekannten Lösungen bzw. Verfahren und Vorrichtungen zur Bearbeitung der Dichtflächen angewendet worden sind.
Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, zur Bearbeitung der Dichtfläche einer Klappenventilscheibe eine Vorrichtung zu schaffen, mit der die Kugelzone mit der vorgeschriebenen Genauigkeit herstellbar ist, und die Dichtfläche einen Teil bzw. eine Zone einer vollständigen Kugel bildet, wobei sämtliche den Punkten der Kugelzone zugeordnete Radien sich in einem Punkt schneiden und dieser Schnittpunkt in der Achse bzw. in der Mittellinie der die Klappenventilscheibe haltenden und antreibenden Spindel liegt, wobei ferner die Messwerte während der Bearbeitung mit einer üblichen Schublehre auf einfache Weise und schnell zu überprüfen sind, wodurch die spanabhebende Bearbeitung der Ventilscheibe mit derselben Genauigkeit durchgeführt werden kann, wie die Bearbeitung gewöhnlicher zylindrischer u. ähnl. Werkstücke.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss mit einer Vorrichtung der eingangs erwähnten Art gelöst, deren Besonderheit darin besteht, dass der Aufspanndorn im Bereich seines Aufspannendes mit einer der Bohrung der Lageraugen entsprechenden, zum Befestigen der Klappenventilscheibe mittels Bolzen dienenden Querbohrung und mit einem Flansch versehen ist, der zur Aufnahme der Lageraugen an seinem Umfang Ausnehmungen aufweist und dessen Umfangsfläche die Gestalt einer Kugelzone besitzt, deren Kugelradius dem der fertig bearbeiteten Dichtfläche entspricht, wobei im Flansch zu beiden Seiten der Querbohrung im Abstand von dieser in Richtung der Dornachse verlaufende Gewindebohrungen angeordnet sind, in welche Stellschrauben eingeschraubt sind.
Ein weiteres Kennzeichen der erfindungsgemässen Vorrichtung besteht darin, dass die durch die Achsen der Stellschrauben gelegte Ebene normal zur Achse der Querbohrung verläuft.
Eine weitere Besonderheit der erfindungsgemässen Vorrichtung ist darin zu sehen, dass die durch die Achsen der Stellschrauben gelegte Ebene zu der durch die Ausnehmungen verlaufenden Symmetrieebene senkrecht ist.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen näher erläutert, die ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung darstellen. Fig. 1 zeigt eine Ansicht der fertigestellten Klappenventilscheibe, teilweise im Schnitt in einer der Symmetrieebenen ; Fig. 2 eine Seitenansicht der in Fig. 1 dargestellten Ventilscheibe von links gesehen, wo eines der Lageraugen im Schnitt gemäss der Linie II-II in Fig. 1 veranschaulicht ist ; Fig. 3 eine Ansicht der erfindungsgemässen Vorrichtung teilweise im Schnitt und Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV in Fig. 3.
Die in Fig. 1 veranschaulichte Klappen ventilscheibe-l-ist einer der wichtigsten Bestandteile eines Klappenventils. Die Scheibe-l-ist auf einer in den Zeichnungen nicht dargestellten Spindel befestigt, welche in die Bohrungen --3-- der Lageraugen --2-- eingeschoben und mit den Lageraugen auf irgendeine Weise fest verbunden ist.
An der Scheibe-l-werden praktisch nur die Bohrungen und die in Form einer Kugelzone ausgebildete Dichtfläche --4--- bearbeitet. Die Dichtfläche --4-- sitzt im abgesperrten Zustand des Klappenventils auf der zugeordneten Sitzfläche auf, welche die Durchflussöffnung im Ventilgehäuse umgibt. Der irgendeinem der Punkte der Dichtfläche --4-- zugeordnete Radius r geht durch den Kugelmittelpunkt-5-, der gleichzeitig auch einen Punkt der Achse bzw. der Mittellinie der Spindel in den Bohrungen --3-- darstellt.
Die Bearbeitung der Scheibe-l-beginnt mit der Ausführung der Bohrungen --3-- auf einer Ständerbohrmaschine, darauf folgt die Bearbeitung der Dichtfläche --4--.
Aus den Fig. 3 und 4 ist ersichtlich, dass ein Aufspanndorn --6-- in einer Drehmaschine in der Achse der Hauptspindel eingespannt ist. Der Aufspanndorn --6-- ist zweckmässig für die Anwendung einer Axial- und Radiallagerung ausgebildet. An dem einen Ende des Aufspanndorns - befindet sich ein Flansch-7-, der die Scheibe-l-während der Bearbeitung hält.
Der Flansch -7-- ist dem Wesen nach ein der Scheibe --1-- ähnlicher, flacher scheibenartiger Körper, der als Gegenstück zu der auf ihm zu befestigenden und zu bearbeitenden Scheibe
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- ausgestaltet ist. Die Umfangsfläche --8-- des Flansches --7-- ist gleichfalls eine Kugelzone, deren Form und Abmessungen mit der Form und den Abmessungen der herzustellenden Kugel-
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-4- gleichAusnehmungen-9-, welche die in den Fig. 1 und 2 sichtbaren, von der Scheibe-l-herausragenden Lageraugen-2-aufnehmen.
Der Flansch --7-- und ein von der Aussenfläche des Flansches herausragender Vorsprung-10-- enthalten eine Querbohrung --11--, deren Achse die Längsachse des Aufspanndorns --6- und des Flansches --7-- schneidet, darauf senkrecht steht und sich somit in der gemeinsamen Symmetrieebene der beiden Ausnehmungen --9-- befindet. Der Durch-
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In Gewindebohrungen des Flansches --7-- sind zwei Stellschrauben --12-- eingeschraubt.
An dem einen auf der Seite des Vorsprungs-10-- befindlichen Ende der Schraube ist deren Stützbolzen --13-- angeordnet. Die Stellschrauben --12-- können in ihrer eingestellten Lage durch eine Schraubenmutter --14- festgespannt werden.
Zur Herstellung der Kugelzone der Dichtfläche --4-- wird die Scheibe-l-auf dem Flansch - der Vorrichtung befestigt, u. zw. so, dass die Lageraugen --2-- der Scheibe --1-- in die Aus- nehmungen -9-- des Flansches --7-- geschoben werden. Sodann wird je ein schon vorbereiteter, in den Zeichnungen nicht veranschaulichter Fixier- und Mitnehmerbolzen, der denselben Durchmesser wie die Klappenventilspindel hat, in die Bohrungen --3 und 11-- eingeführt, wodurch die Mitnahme der Scheibe-l-durch den Flansch --7-- gewährleistet ist.
Nachfolgend werden die Stellschrauben -12-- so eingestellt, dass die Enden der Stützbolzen --13-- auf der unbearbeiteten
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in den Bohrungen-3 und 11-- angeordneten Fixier-und Mitnehmerbolzen senkrecht zu der Ebene verläuft, welche die Achsen der beiden Stellschrauben --12-- enthält.
Auf dem Bett der den Aufspandorn-6-- in der Achse der Hauptspindel haltenden Drehmaschine ist ein Rundtisch montiert, auf dem ein Drehstahl in der richtigen Höhe festgespannt ist. Die Bearbeitung der Dichtfläche --4-- wird der bekannten Technologie des Kugeldrehens ähnlich durchgeführt, u. zw. durch die Bewegung des Rundtisches (fixer Stahlhalter und Stahl).
Die Kontrolle der Abmessungen kann während der Bearbeitung mittels einer üblichen Schublehre vorgenommen werden. Dies ist bei der Verwendung der erfindungsgemässen Vorrichtung deshalb möglich, weil die eine Kante der Schublehre zu der die Fertigmasse aufweisenden Randfläche - des Flansches --7-- derart angeordnet werden kann, dass die andere Kante auf der zu bearbeitenden Dichtfläche --4-- anliegt und die die aufliegenden Kanten der Schublehre verbindende Linie durch den Kugelmittelpunkt -5-- geht. Dabei wird bei jeder Messung das Mass des Durchmessers erhalten Vom abgemessenen Durchmesser muss immer die Hälfte des endgültigen Durchmessermasses abgezogen werden, da auf diese Weise das im Augenblick vorhandene Mass der unter Bearbeitung stehenden Kugelzone erhalten wird ;
damit kann festgestellt werden, wieviel Material noch von der Scheibe-l-abzudrehen ist, um das vorgeschriebene Mass zu erhalten.
Die wichtigsten Vorteile der erfindungsgemässen Vorrichtung sind die folgenden : Die Dichtfläche in Form einer Kugelzone kann in der vorgeschriebenen Form und Abmessung sehr genau hergestellt werden. Die Bearbeitung ist auf einfache Weise rasch und wirtschaftlich durchführbar. Zur Bearbeitung sind keine teuren Bearbeitungsmaschinen und keine komplizierten, kostspieligen Arbeitswerkzeuge nötig. Die Bearbeitung kann auch von einem Arbeiter ohne besondere Fachkenntnisse genau durchgeführt werden.
Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel begrenzt. Der Schutzbereich der Erfindung ändert sich nicht, wenn die erörterten Bestandteile durch ähnlich arbeitende und wirkende, aber anders ausgestaltete Bestandteile ersetzt werden. So kann beispielsweise der Mittelpunkt der Aussenfläche der auf der Vorrichtung befestigten Scheibe auch mit einer Drehspitze abgestützt werden, die Stellschrauben können in ihrer eingestellten Lage auch auf eine von der beschriebenen abweichenden Weise festgespannt werden.