DE102007001515B4

DE102007001515B4 - Verfahren zum Herstellen eines Ventils mit mindestens einem Flügel, sowie danach hergestelltes Ventil

Info

Publication number: DE102007001515B4
Application number: DE102007001515A
Authority: DE
Inventors: Peter Kolbe; Thomas Körner; Eckhard Walter
Original assignee: Gesenkschmiede Schneider GmbH
Current assignee: Gesenkschmiede Schneider GmbH
Priority date: 2007-01-10
Filing date: 2007-01-10
Publication date: 2009-10-29
Anticipated expiration: 2027-01-11
Also published as: DE102007001515A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Ventils (2) mit zumindest einem Flügel (3, 4), wobei aus einem durch Rundhämmern feingeschmiedeten gestuften Rohling (1) mit zumindest drei Durchmesserstufen (5, 6, 7) in einer inneren Durchmesserstufe (6) ein Flügel (3, 4) in einer ersten Vorform axial warmgestaucht und in einem weiteren Schritt am Ende des Rundmaterials an der größten Durchmesserstufe (5) axial ein Ventilteller (8) warmgestaucht wird, wobei das Ventil (2) im Bereich der Flügel (3, 4) einen im Wesentlichen quer zur Längsachse des Ventils (2) verlaufenden Faserverlauf (9) aufweist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Ventils mit mindestens einem Flügel, sowie auf ein nach diesem Verfahren hergestelltes Ventil mit Flügeln.
Es ist bekannt, insbesondere bei Großmotoren mit langen Laufdauern, Ventile mit Flügeln zu versehen, damit die Dichtfunktion der Ventile erhalten bleibt, indem das Ventil aufgrund des Flügels eine leichte Drehbewegung von dem durchströmenden Fluid erfährt. Die Flügel sind üblicherweise an einem geschmiedeten Ventil befestigt. Eine einseitige Abnutzung wird somit vermieden und die Dichtfunktion bleibt lange erhalten
Die Anfügung der Flügel an das Ventil erfordert einen zusätzlichen Herstellungsschritt und führt zu Fehlermöglichkeiten in der Produktion.
Tellerventile als solche ohne Flügel sind aus der DE 197 46 235 A1 und der AT 002 881 U1 bekannt. DE 673 348 A stellt ein Tellerventil mit angeschmiedeten Rippen auf der Telleroberseite her.
EP 1 046 440 A1 beschreibt allgemein Querfließpressen unter Bezug auf axialsymmetrische metallische Bauteile wobei Flügelventile nicht axial-symmetrisch sind.
Tellerventile mit Flügeln und deren Herstellung sind aus der DE 43 41 811 A1 bekannt. Dabei werden die Flügel durch Fräsen aus dem Vollen hergestellt und der Teller angeschweißt – ein aufwendiges Verfahren, das keine zufriedenstellende Flügelfestigkeit erzielt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patenanspruches 1 gelöst.
Die Erfindung liefert ein einstückiges Teil mit günstigen Faserverlauf, was zu besseren Standzeiten, geringeren Ausfällen und weniger aufwendiger Herstellung sowie weniger Abfall führt. Dabei wird erfindungsgemäß aus einem gestuften Rohling mit zumindest drei Durchmesserstufen in einer inneren Durchmesserstufe ein Flügel in einer ersten Vorform geformt und in einem späteren Schritt am Ende des Rundmaterials an der größten Durchmesserstufe axial ein Ventilteller gestaucht.
Weiterhin wird die Aufgabe durch ein Ventil mit Flügeln mit den Merkmalen des Patenanspruches 6 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Ein wichtiger erfindungsgemäßer Gedanke ist, dass das Ventil aus einem Material einstückig hergestellt wird. Dadurch erhöht sich die Festigkeit des Ventils mit dem mindestens einen Flügel. Die Lebensdauer erhöht sich erheblich, was bei einem Einsatz von Großmotoren sehr wichtig ist. Der mindestens eine Flügel ist erforderlich, damit keine Grübchenbildung am Verschluss des Ventils entsteht und das Ventil dadurch undicht wird. Das Ventil dreht sich somit gegenüber dem Ventilsitz aufgrund einer durchströmenden Fluidbewegung. Eine eventuelle Loslösung der Flügel vom Ventil aufgrund einer mangelhaften Befestigung der Flügel kann somit im Gegensatz zum Stand der Technik nicht auftreten.
Vorzugsweise wird, um ein hochfestes Ventilteil zu erhalten, das Rundmaterial zu einem gestuften Rohling durch Rundhämmern feingeschmiedet.
Besonders von Vorteil ist, dass das Ausformen des mindestens einen Flügels im Bereich der mittleren Durchmesserstufe des Rohlings durch axiales Stauchen durchgeführt wird. Somit werden durch einen einzigen Verfahrensschritt ein oder mehrere Flügel am Ventil vorgeformt.
Vorteilhafterweise werden die Umformschritte warm durchgeführt. Damit lässt sich das Material leichter umformen. Außerdem bleibt der Faserverlauf im wesentlichen erhalten.
Bevorzugt wird das Erwärmen des Materials induktiv ausgeführt. Das induktive Erwärmen ist deshalb vorteilhaft, da die Erwärmungstemperatur definiert eingestellt werden kann.
Um mindestens einen Flügel mit hoher Oberflächengüte herzustellen, wird der Flügelansatz in einer Endgravur kalibriert. Die Endgravur gibt somit die letztendliche Form der Flügel vor.
Vorteilhafterweise wird durch das erfindungsgemäße Verfahren ein feines Kornwachstum erzielt. Das feine Kornwachstum führt zu einem hochbelastbaren Schmiedeteil mit langer Lebensdauer. Außerdem verbessert sich durch das feine Kornwachstum die Oberflächengüte.
Um das hochfeste geschmiedete Ventil mit einem preiswerteren einfach hergestellten Material zu verbinden, wird dass, dem Ventilteller gegenüberliegende Schaftende abgeschnitten und mit einem zweiten Schaftteil eines zweiten Rundteils verbunden.
Mit einem bevorzugten Verfahren wird das Verbinden des Ventils mit dem zweiten Schaftverlängerungsteil durch Reibschweißen durchgeführt. Das Reibschweissen schafft die notwendige Festigkeit der Verbindung der zwei verschieden hergestellten Teile, des geschmiedeten Ventils und des Schaftverlängerungsteils.
Vorteilhafterweise weist das Ventil im Flügelbereich einen zur Längsachse im wesentlichen quer verlaufenden Faserverlauf auf. Der zusammenhängende Faserverlauf im Ventil von einem Ventilschaft über den Flügelbereich zum Ventilteller führt zu einem vorteilhaft hoch-festgeschmiedeten Ventil mit der erforderlich langen Lebensdauer, wie Sie für den Einsatz in Großmotoren gefordert ist. Damit auf das Ventil gleichmäßige Belastungen wirken und das Ventil insgesamt symmetrisch ist, weist das Ventil mindestens zwei Flügel in Umfangsrichtung, bevorzugt um einen Winkel von 180° zueinander versetzte Flügel auf. Es können selbstverständlich auch mehr Flügel am Ventil angeordnet sein. Es ist jedoch überraschenderweise herausgefun den worden, dass zwei symmetrisch zueinander angeordnete Flügel am Ventil ausreichend sind.
Um die erforderliche Drehung, d. h. einen Drall des Ventils im Betrieb zu erzielen, sind bevorzugt die Flügel in einem Winkel zwischen ca. 30–60° schräg zur Längsrichtung des Schmiedeteils zur Drallentwicklung angeordnet.
Das erfindungsgemäße Ventil weist hochfest angeschmiedete Flügel auf, die problemlos der Lebensdauer eines Großmotors standhalten.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweilig angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar sind.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die zugehörige Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen gestuften rundgehämmerten Rohlings,
2a–b die Seitenansicht und Draufsicht eines gestauchten Rohlings,
3a–b Ansicht des erfindungsgemäßen Ventilteils mit Flügeln, und
4 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ventils mit angeschweißtem Schaft
Die 1 zeigt in einer Seitenansicht einen Rohling 1 zur Herstellung eines Ventils 2 mit zwei daran angeordneten Flügeln 3, 4, wie sie genauer in der 4 gezeigt sind.
In einem ersten Verfahrensschritt wird aus einem Rundmaterial ein gestufter Rohling 1 mit mindestens drei verschiedenen Durchmesserstufen 5, 6, 7 durch Rundhämmern feingeschmiedet. Das Rundmaterial wird derart eingeschmiedet, dass der Durchmesser des gestuften Rohlings von einer großen Durchmesserstufe 5 über eine mittlere oder innere Durchmesserstufe 6 zur anderen Seite der Durchmesserstufen zunehmend abnimmt. Die Übergänge von den einzelnen Durchmesserstufen 5, 6 und 7 sind konisch ausgebildet.
Durch axiales Stauchen werden zwei Flügel 3, 4 der mittleren Durchmesserstufe 6 am Rohling ausgeformt.
Alle Umformschritte werden mit einem erwärmten Material ausgeführt. Dabei wird das Rundmaterial und der Rohling 1 vorzugsweise induktiv erwärmt. Es ist insbesondere wichtig, dass in der mittleren Durchmesserstufe 6 im Flügelbereich eine optimale Erwärmung durchgeführt wurde. Der Rohling 1 wird beim Stauchen partiell im Bereich der Flügelkontur umgeformt, deshalb kann das Stauchen auch als Flügelpressen bezeichnet werden. Somit werden an dem geschmiedeten Teil zwei Flügel 3, 4 angeschmiedet, die der Erzeugung einer funktionsbedingten Drehbewegung während des Betriebs des Ventils 1 dienen. Wichtig ist, dass die Umformstufen des Ventils auf die Erzeugung von Flügeln 3, 4 und ein in den 3 und 4 gezeigten Ventiltellers 8 aufgeteilt sind. Natürlich könnten die Flügel 3, 4 und ein Kopfbereich mit dem Ventilteller 8 auch in einem Umformschritt ausgebildet werden. Das Aufteilen bringt jedoch den Vorteil, dass die Flügel 3, 4 während des Stauchens und somit Herstellen des Ventiltellers 8 gleichzeitig kalibriert werden können.
Die 3a und 3b zeigen ein fertig hergestelltes Ventil 2 mit einem Ventilteller 8. Aus der größten Durchmesserstufe 5 ist durch axiales Stauchen der Ventilteller 8 geschmiedet worden. Bei diesem Umformvorgang werden die Flügel 3, 4 bei einer Endgravur kalibriert.
Durch das oben beschriebene Verfahren wird im geschmiedeten Ventil 2 ein feines Kornwachstum erzielt. Dies ist notwendig, um ein hoch belastetes Ventil zu schaffen mit einer entsprechenden Oberflächenqualität.
Die 3a zeigt das Ventil mit einem günstig zusammenhängenden Faserverlauf 9. Die Flügel 3, 4 weisen insbesondere einen zur Längsachse im wesentlichen quer verlaufenden Faserverlauf 9 auf.
Das Schaftende des Ventils 2 ist mit einem preiswerter hergestellten Rundmaterial reibverschweißt, wie aus 4 ersichtlich.
Die 3b zeigt das Ventil 2 mit Flügeln 3, 4 in der Draufsicht. Die Flügel 3, 4 schließen einen Winkel zwischen ca. 30–60° zur Längsrichtung des geschmiedeten Ventils 2 zur Entwicklung einer Drall- bzw. Drehbewegung im Betrieb ein.
Obwohl die Erfindung anhand verschiedener Ausführungsformen beschrieben wurde, ist sie keineswegs auf diese Ausführungsformen eingeschränkt. Eher sind diese Ausführungsformen nur exemplarische Ausführungsformen. Abwandlungen der obigen exemplarischen Ausführungsformen sind Fachleuten und anderen ohne Abweichung vom Schutzbereich der Erfindung offensichtlich. Der Schutzumfang der Erfindung wird ausschließlich durch die Ansprüche, wie sie durch die Beschreibung erläutert sind, definiert.

1: Rohling
2: Ventil
3: Flügel
4: Flügel
5: große Durchmesserstufe
6: mittlere Durchmesserstufe
7: kleine Durchmesserstufe
8: Ventilteller
9: Faserverlauf

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Ventils (2) mit zumindest einem Flügel (3, 4), wobei aus einem durch Rundhämmern feingeschmiedeten gestuften Rohling (1) mit zumindest drei Durchmesserstufen (5, 6, 7) in einer inneren Durchmesserstufe (6) ein Flügel (3, 4) in einer ersten Vorform axial warmgestaucht und in einem weiteren Schritt am Ende des Rundmaterials an der größten Durchmesserstufe (5) axial ein Ventilteller (8) warmgestaucht wird, wobei das Ventil (2) im Bereich der Flügel (3, 4) einen im Wesentlichen quer zur Längsachse des Ventils (2) verlaufenden Faserverlauf (9) aufweist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Erwärmen des Rohlings (1) induktiv durchgeführt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Flügel (3, 4) in einer Endgravur kalibriert wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dass das dem Ventilteller (8) gegenüberliegende Schaftende abgeschnitten und mit einem zweiten Schaftteil verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbinden durch Reibschweißen durchgeführt wird.
Ventil (2) mit Flügeln (3, 4), insbesondere herstellbar nach einem Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (2) im Bereich der Flügel (3, 4) einen im Wesentlichen quer zur Längsachse verlaufenden Faserverlauf (9) aufweist.
Ventil (2) nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch mindestens zwei in Umfangsrichtung versetzte Flügel (3, 4).
Ventil (2) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Flügel (3, 4) zur Drallentwicklung in einem Winkel zwischen ca. 30–60° schräg zur Längsrichtung des Schmiedeteils angeordnet sind.