DE1675518A1

DE1675518A1 - Verfahren zum Herstellen eines Kugelventil-Sitzringes und Vorrichtung zur Durchfuehrung des Verfahrens

Info

Publication number: DE1675518A1
Application number: DE19681675518
Authority: DE
Inventors: Herbert Bentley-Leek
Original assignee: Saunders Valve Co Ltd
Current assignee: Crane Process Flow Technologies Ltd
Priority date: 1967-02-20
Filing date: 1968-02-17
Publication date: 1971-01-07
Also published as: NL151292B; AT281526B; GB1166343A; CH486653A; SE346732B; IL29463A; JPS4825331B1; NL6802107A; FR1553601A; BE711039A

Description

PATENTANWALT 5KÖLN61 ALFRED MAXTON pferdmenqesstrasse so

Diplom-Ingenieur 31. März 197o

Mein Zeichenι 673 Pg 68.17

Anmelderin: Saunders Valve Comp. Ltd.

Bezeichnung: Verfahren zum Herstellen eines Kugelventil-Sitzringes und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung "betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Kugelventil-Sitzringes aus einem nach der Formung noch kaltverformbaren Kunststoff. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Bei Kugelventilen verwendet man häufig Sitzringe aus widerstandsfähigem Kunststoff, wie z.B. aus PTFE (Polytetrafluorethylen) , aus PCiDi¹E (Polychlorotrifluoräthylen) und Nylon mit lullstoffen, weil diese Kunststoffe in geringem Maße nachgiebig und formbar sind und hervorragende Temperaturbeständigkeit, chemische Trägheit und gute Reibungskoeffizienten aufweisen. Sowohl um das Ventilgehäuse möglichst klein zu halten als auch wegen des hohen Preises mancher dieser Werkstoffe ist es wünschenswert, die Abmessungen der Sitzringe so klein wie möglich zu halten. Die Sitzringe müssen aber nicht nur mit der Kugel sondern auch mit dem Ventilgehäuse einen dichten Sitz und Abschluß ergeben. Soweit es den Sitzring selbst betrifft, benötigt dieser mit der Kugel zur Erzielung eines dichten Abschlusses nur eine schmale Sitzfläche, um aber einen guten Kon-

N_eüe UnWagon

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takt zu erzielen, müssen nicht nur die Hinge etwas axiale Bewegungsfreiheit und die Kugel etwas Spiel zum Einpassen zwischen die beiden Sitzflächen haben, sondern infolge der Axialfreiheit der Sitzringe müssen diese auch federnd gegen die Kugel gepresst werden. Die Abdichtung gegenüber dem Ventilge- !häuse unter Beibehaltung der Axialfreiheit erfordert entweder einen viel größeren Querschnitt, als er zur Herstellung der nötigen Sitzfläche erforderlich ist, und folglich den Verbrauch einer verhältnismäßig großen Menge an Kunststoff für jeden Sitzring, oder eine zusätzliche, undurchlässige, biegsame Verbindung, die einerseits mit dem Sitzring und andererseits mit dem Ventilgehäuse dicht schließend verbunden ist. Solche biegsamen Verbindungen und ihre Abdichtungen können zwar aus viel billigerem Werkstoff als PTFE und PGTFE hergestellt werden, ihre Anordnung bedingt jedoch eine wesentliche Vergrößerung des Ventilgehäuses und damit auch eine Erhöhung des Gewichtes des Ventilgehäuses.

Zur Verringerung der Masse des Sitzringes und des Ventilgehäuses hat man vorgeschlagen, die Rückseite jedes Sitzringes mit einem kegelstumpfförmigen Gegenstück zu versehen, in das das verjüngte Ende eines Druckringes hineinpaßt, durch den der Druck einer Ringfeder geringer axialer Länge übertragen wird und der nicht nur den Sitzring gegen die Kugel preßt, sondern auch den rückwärtigen Teil des Sitzringes in dichte Berührung mit einer Bohrung im Ventilgehäuse bringt, in der die aus dem Sitzring und dem Druckring bestehende Einheit unterge⁷ 'acht ist.

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Die geringe Nachgiebigkeit des Kunststoff materials erlaubt bei richtigen Abmessungen des Sitzringes geringe Ausdehnungen, um jedoch eine zufriedenstellende Arbeit deJLser Sitzring- I Druckring-Einheit zu erzielen, müssen bei der Herstellung der !

ι .!einzelelemente äußerst enge Toleranzen eingehalten werden, weil!

die geringe Ausdehnung gerade den Abdichtungskontakt herstel- \ len muß, während in axialer Richtung im Ventilgehäuse angebrachte Gegenflächen das Schweben der Einheiten in dieser ^: xiichtung begrenzen. Dies im Zusammenhang mit der Kürze der Federn und der hieraus resultierenden hohen Spannungsverhältnisse bedeutet, daß schon geringe Ungenauigkeiten in axialer nichtung entweder zu hohen oder zu niedrigen Druck der Einheiten gegen die Kugel ergeben. Der Druckring kann aus Metall bestehen; dies bedeutet, daß, obwoiil die Toleranzen, die mindestens bei der Länge und beim Schrägwinkel erforderlich sind, um ein Ventil von zufriedenstellender Leistung und Lebensdauer für die Luftfahrt herzustellen, nur klein sind, man sie bei

erstklassiger Verarbeitung eines solchen Druckringes aus Metall j ohne weiteres einhalten kann. Anders ist es mit dem Sitzring j aus Kunststoff. Gleichgültig, ob dieser aus dem vollen gefräst

: oder gepreßt wird, es stellen sich nach dem Herausnehmen aus

j der Maschine oder Fresse häufig Dimensionsänderungen ein, die j bei den einzelnen Sitzringen über die zulässigen Toleranzen

! hinausgehen.

! Die für die Herstellung der Sitzringe in Präge kommenden \verk- ! stoffe zeigen einen gewissen, kleinen Grad von Kaltfluß; die ; vorliegende Erfindung macht sich diese Erscheinung zunutze um

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BAD ORfGINAl.

Sitzringeinheiten der oben beschriebenen Art (d.h. Sitzringeinheiten, die aus einem Kunststoffsitzring mit kegelstumpfförmigem Gegenstück an der Rückseite bestehen, in das das abgeschrägte Ende eines Druckringes eingreift) herzustellen,

! die die erforderliche Genauigkeit der Abmessungen haben, dabei ^: aber zu wirtschaftlich tragbaren Bedingungen angefertigt wer-

: den können.

Um dies zu erreichen, schafft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Kugelventil-Sitzringes aus einem nach der Formung noch kaltverformbaren Kunststoff, das dadurch gekenn-, zeichnet ist, daß man den Sitzring zunächst mit geringer Überdimensionierung formt und ihn dann zwischen einer Kugel und einer Zylinderfläche zusammenpreßt, die genau die Abmessungen der Kugelfläche des Ventilkörpers und Zylinderfläche des Ventil· gehäuses haben und unter Krafteinleitung wenigstens bis in diejenige Stellung axial gegeneinander bewegbar sind, in der

beide Flächen die gleiche Relativstellung zueinander haben, wie die entsprechenden Flächen des zusammengebauten Kugelventils.

Beim Verfahren zum Herstellen eines Kugelventil-Sitzringes mit einem auf einem Druckring aufsitzenden Kunststoff-Sitzring aus einem nach der Formung noch kaltverformbaren Kunststoff sieht die Erfindung vor, daß man zunächst den Druckring und den Kunststoffsitzring unter geringer Überdimensionierung des Kunststoffsitzringes formt und dann durch Druckausübung auf den gegen die Innenseite des Kunststoff-Sitzringes anliegenden

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Druckring den Kunststoff-Sitzring gegen eine Kugel- und eine Zylinderflache zusammenpreßt, deren Abmessungen und gegenseitige Lage genau der Kugelfläche des Ventilkörpers und der Zylinderfläche des Ventilgehäuses entsprechen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann man vorsehen, daß man das vom Kunststoff-Sitzring abgelegene Ende des Druckringes mit geringer axialer Überdimensionierung formt und nach der Zusammenpressung dieses Endes des Druckringes abträgt, bis die aus dem Druckring und dem Kunststoff-Sitzring bestehende Einheit das axiale Sollmaß hat.

Die Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ist gemäß der Erfindung gekennzeichnet durch eine Patrize mit einer der Kugelfläche des Ventilkörpers entsprechenden Kugelfläche und durch eine Matrize mit einer der zylindrischen Innenfläche des Ventilgehäuses entsprechenden Zylinderfläche, zwischen denen nach kraftbetätigter Ineinanderbewegung ein Aufnahmeräum für den Kunststoff-Sitzring vorhanden ist, dessen Abmessungen genau dem Sollmaß des Kunststoff-Sitzringes entspricht.

Bei einer Ausführungsform dieser Vorrichtung ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß die Matrize ein Auflager zur Auflagerung des Druckringes aufweist und daß die Patrize einen in die Bohrung des Druckringes genau passenden Dorn aufweist.

Die Patrize und die Matrize können mit ineinandergreifenden Gewinden versehen sein.

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Ferner kann man vorsehen, daß die Patrize und die Matrize einen Anschlag durch Begrenzung ihrer Ineinanderbewegung aufweisen. j

Die Erfindung schafft also im wesentlichen ein Verfahren zum | Herstellen von Kugelventil-Sitzringen aus einem Kunststoff, der. nach dem Pressen oder Formen noch Abmessungsänderungen unterworfen ist, wobei dieses Verfahren zur Erzielung eines äußerst
eingen Maßtoleranzbereiches für den fertigen Sitzring dient und im wesentlichen darin besteht, daß man den Sitzring in eine Voa?i richtung einbringt, die Kugel- und Eohrflachen aufweist, [ welche denjenigen Flächen entsprechen, mit denen der Sitzring j

nach dem Einbau in das Kugelventil Berührung hat, und den |

Sitzring dann axial zusammenpreßt, so daß der Werkstoff des

Sitzringes im Kaltfluß mit den erwähnten Flächen der Vorrichtung in enge Berührung kommt. I

Es ist dabei gleichgültig, ob die Verformung des Sitzringes j

vor der beschriebenen Zusammenpressung in einem Formverfahren !

ι oder durch Pressen erfolgt.

Bei der Anwendung der Erfindung wird ein vorgeformter Sitzring, der wenigstens hinsichtlich seiner Länge etwas überdimensioniert ist, mit einem Druckring zusammengebaut, der
die richtigen Abmessungen hat. Diese Einheit wird dann auf die I richtige Gesamtlänge, richtige Größe und richtige Stellung des
Sitzringes und die richtige lage der Sitzfläche in Bezug zueinander zum Druckring gebracht, und zwar durch Arbeitsgänge,
bei denen wenigstens eine Kaltverformung des Sitzringes statt-

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findet und bei denen die Einheit axial zusammengedrückt wird, j

Kit anderen Worten, die Einheit wird in einer Vorrichtung oder j

Halterung axial zusammengedrückt, wobei diese Vorrichtung eine Kugelfläche aufweist, die hinsichtlich ihrer Krümmung und Lage dem entsprechenden Teil der Ventilkugel entspricht, und die ferner eine Zylinderfläche aufweist, die genau der Bohrung im Ventilgehäuse entspricht. Die axiale Stauchung wird beendet, wenn die axiale Jesamtlänge der Einheit noch etwas größer ist \

der · als der Sollwert. Dann wird, während die Einheit sich noch in/ ·

von

Vorrichtung befindet, die rückwärtige,/der Sitzfläche abgelegene Seite des Druckringes so bearbeitet, daß die Gesamtlänge den Jollwert erreicht. Unter dem Begriff "axiale Gesamtlänge" wird hier der axiale Abstand zwischen zwei Flächen verstanden, die rechtwinklig zur Achse der Einheit liegen und von denen die eine der Rückseite des Druckringes entspricht und die andere durch die Sitzfläche geht, und zwar in Höhe eines bestimmten, festgesetzten Durchmessers.

Die Bearbeitung wird erleichtert durch Verwendung einer Be- _; arbeitungsmaschine mit einem Werkzeug, dessen indstellung durch einen Anschlag bestimmt wird, der direkt oder indirekt mit der Einspannvorrichtung gekoppelt ist.

Es wäre möglich, die Vorrichtung so einzustellen, daß die Zuj sammenpressung des Sitzringelementes zur gewünschten Gesamt- ! länge erfolgt, es ist aber vorzuziehen, den Druck nur bis zu

einem festgesetzten Enddruck zu steigern, da dies größere ! Toleranzen in Größe und Form des noch nicht gepressten Sitz-

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ring-Elerneutes erlaubt. Die dann noch auftretenden Verschiedenheiten können bei der schließlichen Feinbearbeitung korrigiert werden.

Bei der Erfindung können die Abmessungen der Einheit und die gegenseitigen Stellungen der beiden flächen, die die Leistung des Ventils bestimmen, nämlich der Kugelradius der Sitzfläche, der Außendurchmesser des Sitzringes und die Gesamtlänge der Einheit und die gegenseitige Stellung von Sitzringfläche und AUßendurchmesser des Sitzringes in viel engeren Grenzen gehalten werden, als zur Herstellung von Sitzring und Druckring nötig sind. Hit anderen Worten, die Einheit kann innerhalb der Grenzen gehalten werden, die für gute leistung und Lebensdauer erforderlich sind, während die beiden Elemente mit Maßtoleranzen hergestellt werden können, die wirtschaftlich tragbar sind. Insbesondere bei den axialen Längen der beiden Elemente und beim Schrägungswinkel sind große Toleranzen möglich, da nur die Gesamtlänge und die genaue Schrägungsanpassung die kritischen Punkte bilden und diese beiden Punkte beim Verfahren gemäß der Erfindung ungeachtet der Toleranzen bei den einzelnen Elementen genau korrigiert werden.

Ein weiterer Vorteil des Verfahrens gemäß der Erfindung besteht darin, daß durch die Kompression des Werkstoffes des Sitzringes in der Umgebung der Sitzfläche der Abriebwiderstand des Sitzringes erhöht wird. Man kann diesen Vorteil noch dadurch verstärken, daß man im Bereich der Sitzfläche besondere Verstärkungen in den Sitzring einlagert.

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Selbstverständlich müssen die Abmessungen der Einzelelemente und die Toleranzen dieser Abmessungen so groß sein, daß die Gesamtlänge der Einheit beim Einsetzen in die Vorrichtung gemäß der Erfindung ausreichend größer ist als der endgültige Sollwert, damit durch den Kaltfluß des Werkstoffes des Sitzringes die Schrägflächen sich aneinander anpassen, der Sitz- · ring an der äußeren Zylinderfläche die geforderte Größe erhält und die Sitzfläche sich der Kugelfläche in der Vorrichtung anpaßt. Die Länge der Einheit vor dem Pressen darf allerdings nicht so groß sein, daß das Material zur Erzielung des Sollendmaßes stärker zusammengedrückt werden muß als es ohne Beschädigung des Sitzringmateriales möglich ist.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung muß Ausweichräume aufweisen, in die der Werkstoff des Sitzringes ausweichen kann, wenn die zylindrische Fläche und die Sitzfläche fest gegen die entsprechenden Flächen in der Einspannvorrichtung angedrückt sind, bevor die endgültige Varingerung der Gesamtlänge erfolgt ist.

Die Einspannvorrichtung sollte möglichst so bemessen sein, daß die Einheit hinsichtlich des Durchmessers des Sitzringes und der Gesamtlänge ein wenig überdimensioniert ist, um noch eine "Einbettung" unter geringer weiterer Kompression der Einheit in das Ventil zu ermöglichen. Die Gesamtlänge muß so passend sein, daß diese Einbettung durch Zusammenbau des Ventils erfolgen kann und daß dann in diesem Stadium die hintere Druckringkante auf der Haltefläche im Ventilgehäuse aufsetzt

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und die Sitzfläche gegen die Kugel anliegt. Sine dann beim Betrieb des Ventils auftretende Abnutzung wird durch die Feder ausgeglichen. Da der äußere Durchmesser des Druckringes in der Einspannvorrichtung oder beim endgültigen Zusammenbau nicht geändert wird, muß der Durchmesser jedes äußeren rohrförmigen Teiles schon durch die Originalherstellung auf den richtigen Durchmesser gebracht sein.

Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der ; folgenden Beschreibung eines der Erläuterung und nicht der Abgrenzung des Erfindungsgedankens dienenden Ausführungsbei- J

spiels, wobei auf die beiliegende Zeichnung bezuggenommen wird, die im Schnitt eine Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung zeigt.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung eine Matrize mit einem sphärischen Teil 11 auf, dessen Kugelradius und Lage zu den übrigen Teilen genau denjenigen der Ventilkugel des Ventils entsprechen, für das der Sitzring hergestellt werden soll. Auf einer Seite schließt sich an den sphärischen Teil ein Gewindeteil 12 mit größerem Durchmesser an, an den sich wiederum ein Plansch 13 anschließt, wobei die Teile 11, 12 und 13 genau koaxial liegen. Auf der anderen Seite des sphärischen Teils 11 schließt sich ebenso genau koaxial ein Zapfen 14 an, der genau in die Bohrung des Druckringes passt und diesen daher zentriert und ausrichtet, so daß die gesamte Einheit aus dem Druckring 15 und dem Sitsrlng 16 gehalten wird. Auf den Gewindeteil 12 ist ein-e Überwurfmutter

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17 aufgeschraubt, die mit einer Schulter 18 gegen die Druckfläche 19 des Druckringes 15 anliegt und folglich die Einheit axial jegen die Patrize 11-14 drückt. Die Überwurfmutter 17 J stellt die i-Iatrize der Vorrichtung dar. Beim Aufschrauben der überwurfmutter 17 tritt ein Ansatzring 23 des Druckringes durch! das hintere Ende der Überwurfmutter aus. Die zylindrische Bohrung 21 der Überwurfmutter 17 entspricht genau der Gegentohrunj im Ventilgehäuse, für das die Einheit hergestellt wird.; Die überwurfmutter wird mittels eines Drehmomentschlüssels ! angezogen, so daß eine vorher festgelegte Druckkraft auf die Einheit wirkt. Diese vorher festgelegte Kraft sollte erreicht sein, bevor die Endfläche 22 der Überwurfmutter 17 auf den \ flansch 1'5 stößt, vorausgesetzt daß die !eile richtig dimensioniert sind. Wenn man sich auf die Sröße der Ringeinheit einigermaßen verlassen kann, kann die überwurfmutter 17 auch bis zum Auftreffen ihrer Fläche 22 auf den Flansch 13 angezogen werden, wobei in diesem Falle selbstverständlich abweichend von der beiliegenden Zeichnung die Abmessungen entsprechend geändert werden müssen.

Kan sieht, daß innerhalb und außerhalb des Ringes 16 nahe der Sitzfläche ein Ausweichraun vorhanden ist, in den das Material des Sitzringes notfalls ausweichen kann«

Anstelle einer Überwurfmutter kann die Einspannvorrichtung

_t auch ein hydraulisch betätigtes Druckstück aufweisen, das entweder auf bestimmten Druck oder bestimmte Stellung eingerichtet ; werden kann. Nach dem Zusammenpressen der Einheit wird die End-:

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fläche des Ansatzringes 23 auf die richtige Gesamte- länge geschliffen. Zu diesem Zweck kann der Körper oder die Patrize der Vorrichtung mit einem angearbeiteten oder montierten Dorn 24 versehen sein, der in eine Werkzeugmaschine eingespannt werden kann, wobei dann aber ein Anschlag entsprechend dem Dorn für die Bearbeitungslänge vorgesehen werden muß.

Ansprüche

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Claims

- 13 Ansprüche

1. Verfahren zum Herstellen eines Kugelventil-Sitzringes aus einem nach der Formung noch kaltverformbaren Kunststoff, dadurch gekennzeichnet , daß man den Sitzring zunächst mit geringer Überdimensionierung formt und ihn dann zwischen einer Kugel- und einer Zylinderfläche zusammenpreßt, die genau die Abmessungen der Kugelfläche des Ventilkörpers und der Zylinderfläche des Ventilgehäuses haben und unter Krafteinleitung wenigstens bis in diejenige Stellung axial gegeneinander bewegbar sind, in der beide Flächen die gleiche j Relativstellung zueinander haben, wie die entsprechenden Flächen des zusammengebauten Kugelventils.

2. Verfahren zum Herstellen eines Kugelventil-Sitzringes mit einem auf einem Druckring aufsitzenden Kunststoff-Sitzring aus einem nach der Formung noch kaltverformbaren Kunststoff, dadurch gekennzeichnet , daß man zunächst den Druckring und den Kunststoffsitzring unter geringer Überdimensionierung des Kunststoff-Sitzringes formt und dann durch Druckausübung auf den gegen die Innenseite des Kunststoff-Sitzringes anliegenden Druckring den Kunststoff-Sitzring gegen eine Kugel- und Zylinderfläche zusammenpreßt, deren Abmessungen und gegenseitige lage genau der Kugelfläche des Ventilkörpers und der Zylinderfläche des Ventilgehäuses entsprechen.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich» net , daß man das vom Kunststoff-Sitzring abgelegene Ende des

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Druckringes mit geringer axialer Überdimensionierung formt und nach der Zusammenpressung dieses Ende des Druckringes abträgt, bis die aus Druckring und Kunetstoff-Sitzring bestehende Einheit das axiale Sollmaß hat.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrene nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Patrize 0-1-14) mit

j einer der Kugelfläche des Ventilkörpers entsprechenden Kugelfläche (11) und durch eine Hat risse (17) ifi^mit einer der zylindrischen Innenfläche des Ventilgehäuses entsprechenden Zylinderfläche, zwischen denen nach kraftbetätigter Ineinanderbewegung ein Aufnahmeraum für den Kunststoff-Sitzring (16) vorhanden ist, dessen Abmessungen genau dem Sollmaß des Kunststoff-Sitzringes entsprechen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4 zur Durchführung des Veifehrens ! nach den Ansprüchen 2 und 5, daddurch gekennzeich-j net, daß die Matrize 0-7) ein Auflager (18) zur Auflage- j rung des Druckringes (15) aufweist und daß die Patrize (11-14) j einen in die Bohrung des Druckringes genau passenden Dorn (14) : aufweist. ι

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Patrize (11-14) und die Matrize (17) mit ineinandergreifenden Gewinden versehen sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch g ekennzeichnet , daß die Patrize (11-14) und die

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i-.atrize (17) einen Anschlag 13,22 zur Begrenzung ihrer Ineinanderbewegung aufweisen.

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