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Gesenkpeschmiedete@ s VentilZehäus@ e für" ein Dur@ehpa'naaventil
Die Erfindung betrifft ein gesenkgesehmiedetes Ventil-
gehäuse für
ein Durchgangsventil mit senkrecht zur Ventillängs# achse stehender Ventilspindel.
Bei der bekannten Gattung be-
steht dieses Ventilgehäuse aus einer einen Deekelbefestigungsflansch
tragenden, im Bereich der Gehäusemittelebene quer zur Durchflußrichtung
verbreiterten, mit einer kreisbogenförmigen, die Ventilsitzöffnung oberseitig
umschließenden Querrippe versehenen Oberschale, einer eine kreisbogenförmige
und etwa V-förmig geformte, die Vontilsitzöffnung - diametral gegenüber-liegend
zur Querrippe in dar Oberschale - unterseitig umschlie-Bande
Querrippe aufweisenden Unterschale, die mit der Ober-
schale in
einer parallel zum Ventilsitz liegenden Längsmittel-
ebene verschweißt ist,
und einem Sitzringträger.
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Diese aus gesenkgeschmiedeten Schalen bestehenden
Ventilgehäuse,
die an den Längskanten miteinander verschweißt sind, haben in der Regel größere
Abmessungen und sind für den
Einbau in Rohrleitungen mit Durchmessern über
65 mm bestimmt. Solche großen Ventile können weder in wirtschaftlicher
Weise
noch aus praktischen Gründen einstüokig geschmiedet werden.
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Bei den vorbekannten Bauarten der obigen Gattung
ging
man davon aus, eine Gehäuseverbreiterung so gering wie
möglich zu halten und
diese auf den Oberteil, d.h. auf den Be-
reich oberhalb des Ventilsitzes,
zu beschränken, wo man zwangs-
läufig einen Ausflußraum um den
Absehlußkörper herum benötigte.
Den Unterteil hielt man möglichst
schmal und wählte fast regelmäßig die bauchige Form. Die in Richtung der
Ventilspindelachse gemessene Höhe der Schalen erfordert entsprechend tiefe Gesenke,
die für ihre Herstellung einen entsprechend hohen Aufwand voraus-setzen. Schwierig
ist besonders die genaue Anbringung des Ventil-
sitzträgers. Es wurde
ein geteilter Ring vorgesehen und einge-schweißt. Die Sitzpartie mußte an dem
schweren, zusammengebauten Gehäuse nachträglich genauestens nachgearbeitet
werden (vergl. deutsche Patentschrift 967 453).
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch
beson-
dere Formgebung der gesenkgeschmiedeten Gehäuseschalen
das Schmie-
den dieser Schalen bei möglichst niedrigem Werkstoffaufwand zu
vereinfachen. Dabei sollen die zu verschweißenden Bereiche bei
den geschmiedeten
Gehäuseschalen und einem besonders ausgebilde-
ten Sitzringträger derart gestaltet
und angeordnet werden, da8 bevorzugt mit Ladungsträgerstrahlen,
insbesondere Elektronenstrahlen, geschweißt werden kann. Die Schweißung
wird im Vakuum, ausgeführt und setzt den Einsatz entsprechender Schweißautomaten
voraus. Das Ventilgehäuse soll außerdem derart gestaltet sein
daß für den
Ventilsitz besonders hochwertige Werkstoffe vor-de -det werden können und daß
der Sitzring in vorbereitender Arbeit in einem Sitzringträger fertiggestellt
werden kann, der unter Verwendung eines Schweißautomaten nur noch zwischen die
Gehäuse-
schalen einzuschweißen ist.
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Schließlich soll noch im Hinblick auf die wirtschaftliche Fertigung
berückäcichtigt werden, daß der der Herstellung, zugrunde zu legende Kilopreis
der Gehäuseschalen wegen der nöti-
gen Gesenke und der später durchzuführenden
verschiedenen Schweißoperationen höher ist als der Kilopreis der anzuschweißenden
Flansche bzw. Stutzen. Die Forderung geht daher dahin, den
den höheren
Kilopreis erfordernden Gehäusesohalen möglichst kleina Abmessungen und
gut zu schmiedende und zuverlälasig zu vor- . schweißende Formen
zu geben,
Ein Gehäuse, welches den verschiedenen Forderungen
wei-
testgehend entspricht und ein besonders zweckmäßiges und zuver-
lässiges,
einwandfreies Verschweißen der Schalen und Einschweißen
des Sitzringträgers
mittels Ladungsträgerstrahlen erlaubt, kenn-
zeichnet sich dadurch,
daß
der Sitzringträger mit Bezug auf die Gehäuselängsachse wesent-
lich
breiter als lang iet und von zwei sich bei den beiden seit-
lichen
Schalenlängskanten vereinigenden bzw. schneidenden Kreis-
bogenabschnitten
begrenzt ist,
daß der Sitzringträger einerseits im Umfangsbereich des
einen
Kreisbogenabaehnittes in eine kragenartig ausgebildete nutartige
Ausnehmung der bogenförmigen Querrippe der Oberschale eingesetzt
und
umfangsseitig - insbesondere mittels Elektronenstrahlachweißung -
eingeschweißt ist,
daß der Sitzringträger andererseits im Randbereich
des anderen
Kreisbogenabschnittes unterseitig auf die mit den Schalenkanten
in
etwa gleicher Schweißebene liegende Oberseite der entsprechend
bogenförmig
verlaufenden Querrippe der Unterschale - insbesondere
mittels
Elektronenstrahlschweißung - aufgeschweißt ist,
daß der Sitzringträger
unterseitig - mit Bezug, auf die Ventilsitz-
öffnung
- vor dem auf die Querrippe der Unterschale aufgeschweiß-
ten Randbereich
zu den Schweißflächen der seitlichen Schalen-
längskanten hin ausnehmungsartig
zur Oberschale hin abgesetzt ist
und daß auch die angrenzenden Abschnitte
der Querrippe der Ober-
schale abgesetzt sind, derart, daß die Breite
der Schweißfläche
zwischen den beiden Schalenlängakanten in Längsrichtung
nicht
oder nur unwesentlich verändert wird und die inneren Schweißflächenkanten
auf fast ganzer Länge gegenüber dem Sitzringtrager ab-
gesetzt
freiliegen und bei insbesondere mittels Elektronenstrahl
erfolgender
Flächenverschweißung den freien Austritt des Schweiß-
strahles hinter den
Schweißflächenkanten erlauben.
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Das Besondere des Anmeldungsgegenstandes liegt damit
in
der Formgebung der Oberschale und der Unterschale und des die
Ventilsitzöffnung
besitzenden scheibenartigen Sitzringträgers;.
ferner in
der Zentrierung des Sit zringträgers in der Oberschale. ' In dem flachen,
verbreiterten Gehäuse sind besonders günstige
Voraussetzungen für eip
sicheres und zuverlässiges Einschweißen
des scheibenartigen Sitzringträgers
geschaffen. Der Sitzring-
träger bleibt praktisch in nächster Nähe der
Verschweißungsebene der beiden Schalen und trotzdem wird durch seine Formgebung
er-
reicht, daß bei dem Flächenschweißen mittels Ladungsträgerstrahlen
der Schweißstrahl den zwischen den Längskanten der Schalen
vorgesehenen
Schweißbereich vollständig, durchdringt und damit aus
der Naht
austritt. Der Strahl endet damit nicht im Werkstoff, wo-
durch sich
eine porenfreie Schweißnaht ergibt. Von großer Bedeu-
tung ist die
gemäß der Erfindung vorgesehene Absetzung des Sitz-
ringträgers und der
Querrippe der Oberschale für den Bereich, an
dem die Schweißfläche zwischen
der Querrippe der Unterschale und
dem aufliegenden Kreisbogenabschnitt
des Sitzringträgers in die
Schalenlängskanten einmündet. Die Schweißflächen
erhalten nun-
mehr eine vom Strahl gut zu. erreichende bzw,
zu befahrende Brei-
te. Der Schweißstrahl ist dabei gleichgerichtet zur
Schweißebene
zwischen den Schalenlängskanten.
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Sitzring und Sitzringtrxger können im vorliegenden Fall
einbaufertig
vorbereitet werden. Beim Einsetzen und Einschweißen
des Sitzringträgers
in die Oberschale treten keine Lageveränderungen ein. Die Wärmewirkungen
sind auf@derart kleine Nahtberei-
che beschränkt, daß weder
Verwerfungen noch Spannungen auftreten.
Die mit der Unterschale zu verschweißenden
Längskanten der Ober-
schale und der unterseitige, zu verschweißende Randbereich
des
Sitzrinpträgers sind planparallel zu der Ventilteilungsebene
ge-
richtet und können einer gleichzeitigen Flächenbearbeitung,
unter-
zogen werden, damit bei der Elekt ronenst rahlschweißung
die
Schweißflächen genau aufeinander liegen. Die Verschweißung
von
Ober- und Unterschale führt zu keiner Lageveränderung des einge-
schweißten
Sitzringrrägers und des Sitzringes. Die Anordnung des
Sitzringträgers
in der Oberschale schafft auch die Voraussetzung
dafür, daß die zu verschweißenden
Flächen der Unterschale, und
zwar im Bereich der Seitenwände und der Oberseite
der Querrippe,
genau planparallel bearbeitet werden können.
Eine
weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfin-
dung besteht darin,
daß an der Umfangsseite der in die Querrippe der Oberschale einzuschweißenden
zylindrischen Mantelfläche des
Sitzringträgers eine hochstehende Rippe vorgesehen,
insbesondere ausgeschmiedet ist. Die hochstehende Rippe des Ventilsitzträgers
wird in dem oberhalb der Querrippe der Unterschale liegenden Umfangsabschnitt ausgeschnitten.
Der scheibenartige Sitzringträger erhält dadurch eine werkstoffsparende, jedoch
steife Ausbildung und es sind in dem Randbereich große Zentrierflächen geschaffen,
die gleichzeitig günstige Voraussetzungen für ein dichtes Ver-
schweißen
sind.
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Vorteilhaft ist eine solche Ausbildung,, bei der der Ventilsitz
vor dem Einschweißen des Sitzringträgers in die kra-
genartige Ausnehmung
der bögenförmigen Querrippe der Oberschale vollautomatisch steUitiert wurde. Diese
Fertigbearbeitung des Sitzringes an dem leichten Sitzringträger
ist auf kleinen Ma-
schinen durchzuführen. Es wird die Fertigung
auf diese Weise er-
heblich billiger. Die vorbereitende Fertigung ist abhängig
von
der vorstehend beschriebenen Art der Anbringung, nämlich der Zentrierung
und des Einschweißens des Sitzringträgers in die Oberschale. Die sichere Erzielung
der vorerwähnten Vorteile ermöglicht das Einschweißen des Sitzringträgers mittels
der Strahlenschweißung, und zwar der Elektronenstrahlachweißung.
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In der Zeichnung ist das gesenkgeschmiedete Ventilgehäuse
nach
der Erfindung beispielsweise veranschaulicht.
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Fig. 1 zeigt ein nachträglich mit Anschweißflanschen versehenes
Ventilgehäuse in vertikalem.Längs, schnitt,
Fig. 2 ist eine Draufsicht
zu Fig. 1, Fig. 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des
Ventilgehäuses
in vertikalem Längsschnitt,
Fig. 4 ist ein Querschnitt
in der Gehäusemitte zu
_ Fig. 3,
Fig. 5 zeigt die Unterschale
von der Innenseite,
Fig. 6 zeigt die Oberschale von der Innenseite,
Fig. 28 zeigt in Draufsicht. eine Hälfte des Sitzringträgers entsprechend
Fig..23, Fig.' 8
und 9 sind Querschnitte zu Fig. 7 in senkrecht
zu-
einander gestellten Ebenen, Fig. 10,
11 u.12 zeigen ein
zweites Ausführungsbeispiel des
Sitzringträgers in Draufsicht sowie
in zwei
verschiedenen Querschnitten.
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Das gesenkgeschmiedete Durchgangsventil besteht aus dem
zwischen
den Anschweißflanachen 1 liegenden Gehäuse, das aus
einer den
Deckelbefestigungsflanach 2 tragenden Oberschale 3 und
einer Unterschale
4 besteht. Die Oberschale besitzt die bogen-
förmige Querrippe 5. Die Unterschale
besitzt die bogenförmig ver-
laufende, jedoch im Querschnitt
V-förmig ausgebildete Querrippe
6. An beiden Querrippen 5 und 6
ist der Sitzringträger 7 an ent-
sprechend langen, aneinander anschließenden
Kreisbogenabschnitten 32, 33 verschweißt. Der Sitzring 8 umschließt
die kreisför-
mige Ventilsitzöffnung 9 und ist auf dem Sitzringträger
vorge-
sehen. 10 ist der scheibenförmige Abachlußkörper.
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Oberschale und Unterschale sind in der pärallel zur
Ventilsitzebene
gerichteten, in mittlerer Gehäusehöhe liegenden
Teilungsebene im Bereich
der Schalenlängskanten 18 verschweißt.
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Die Enden der Schalenstutzen umschließen gemeinsam
einen kreisförmigen Querschnitt. An die. ringförmigen Stutzen-
enden
sind die normalen Flansche mit ihren Stutzen arieehweißbar.
Die Durchmesser der Schalenstutzen und der Durchmesser der Ventilsitzöffnung
9 sind genau oder annähernd gleich grobe.
Die Oberschale
3 und die Unterschale 4 sind als etwa gleich tief bleibende, jedoch bis zur Ventilmitte
sich erheblich verbreiternde Muschelschalen ausgebildet. Der Muschelrücken 16 der
Oberschale und der Nuschelrücken 17 der Unterschale verlaufen mithin im wesentlichen
geradlinig,, d.h. in gleicher Höhe bleibend. In der Breite erreichen die Muschelschalen
jedoch stetig zunehmend eine Weite, die etwa dem grüßten Außendurchmesser des Deckelbefestigungsflanaches
Z entspricht oder sogar größer ist. Im Grundriß haben die Muschelschalen daher eine
einem Kreis stark angenäherte Form. Die jeweils zwischen den Stutzenmündungen und
den konvexen Augenseiten der Querrippen vorgesehenen Schalenabschnitte sind in gleicher
Weise@wie die zuvor beschriebene Gegenseite von der Hündung zum Sitz hin verbreitert
und dabei allmählich zur Teilungsebene des Gehäuses hin abgelenkt.
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Der auf dem etwa.korbbogenartig geformten Muschelrücken der Oberschale
vorgesehene Deckelbefestigunpsflansch 2 hat eine auf ganzer Umfangslänge etwa gleichbleibende
Höhe. Diese Höhe ist ausreichend für eine sichere Lagerung der Deckelbefestigungsschrauben.
Der von dem Deckeibefestigungsflansch umschlossene Durchbruch 20 für die Abschlußkörpereinführurr
erhMlt dabei noch eine solche Länge, daß der Abschlußkörper 10 in der aus
der-Fig. 3 ersichtlichen Weise so hoch angehoben werden kann, daß seine Unterseite
mit der Innenwand des Muschelrückens flächig liegt.
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Der Deckelbefestigungsflansch ist als Warzenring ausgebildet, wobei
jede Warze 22 eine Schraube aufnimmt. Es sind acht Deckelschrauben und daher auch
acht Warzen vorgesehen. Vier
Warzen befinden sich im Bereich des flahhen Teils
des Muschelrückens. Vier Warzen sind an den Seiten der Oberschale angeordnet, wo
sie sich bis zur horizontalen Teilungsebene des Gehäuses erstrecken. Durch die Gesenkschrage
dieser vier Seitenwarzen 22' werden die äußere Form und auch die Innenräume des
Gehäuses festgelegt. Der Kreis, der die vier Seitenwarzen im Fuß umschließt,
umschließt gleichzeitig die große Kreisfläche des gewissermaßen kegelstumpfartigen
Gehäuses der Oberschale.
Bei der Oberschale springt aus
der Innenseite, und zwar an der Stelle der Warzen 22, eine Rippe
hervor, die in steigender' Verformung Busgeschmiedet wird. Diese Querrippe .6
verläuft auf einem Kreisbogen 23, dessen Mittelpunkt von der Spindelachse
vorzugsweise um etwa ein Achtel des Sitzringinnendurchmessers auf der Durchströmachse
in Richtung der Ausströmung versetzt ist.
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Die Querrippe 5 verläuft .ihrem Kreisbogen 23 entsprechend
derart,
daß sie infolge der Versetzung des Kreismitte punktes
in die 1 Schalenlängskanten 18 auf der Ausströmseite einläuft. Durch
diese'
Anordnung der Querrippe ist es möglich, die Schweißnaht
24, wel-
che die Querrippe mit'.dem Sitzringträger 7 verbindet,
vor dem
Schweißen durch eine Drehoperation genau zu bearbeiten.
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Da die Querrippe 5 im Bereich der beiden Seitenwarzenpaare 22' sehr
dicht an die Schalenseitenwände herankommt, wird im Bereich zwischen den beiden
benachbarten Seitenwarzen 22' die Querrippe selbst als Gehäusewandung verwendet.
Die tangentialen Seitenwandabschnitte gehen in diesem Fall in die Mantelflächen
der vier Seitenwarzen 22' über. Zwischen den Füßen dieser Seiten-
warzen
228 verbleibt aber eine flache Leiste 25 für das Ver-
schweißen der gegenüberliegenden
Schalen.
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Die in dieser Unterschale vorgesehene Querrippe 6 wird entsprechend
einem Kreisbogenabschnitt 27 geformt, dessen Durch-
messer größer als
die Innenbreite der Muschelschale bemessen ist und dessen Mittelpunkt außerhalb
der Ventilmitte zur Einströmseite hin versetzt ist. Diese Wahl des
Kreisbogens steht in
engem Zusammenhang mit dem Verlauf der Schweißnaht,
die zur Vorhindung dieser Querrippe mit dem Sitzringträger 7 im Bereich der
Abströmseite notwendig ist. Die beiden Kreisbögen 23 und 27 bei
den Querrippen
5 und 6 sind in ein solches Verhältnis zueinander
gestellt, daß ihre beiden
im Bereich des Abströmstutxens liegen-
den Überschneidungsbereiche
28 an den Stellender Sehalenlängs-. kanten 18 liegen, wo letztere etwa
tangential an den Kreisbogen der Querrippe 6 der Oberschale anschließen.
Wie
schon zuvor gesagt, ist der Sitzringträger 7 in die Querrippe 5 der Oberschale eingesetzt.
In der Rippe 5 ist eine Zentriernut oder ein listenförmiger Absatz 38 vorgesehen,
so daß eine genaue Zentrierung des Sitzringträgers erreichbar ist. Der Sitzringträger
wird derart eingesetzt, daß von seiner Unterseite der über der Querrippe 6 liegende
Randbereich planparallel zu der
Ventilteilungsebene, d.h. in der Ebene der
offenen Seite der Muschelschale; angeordnet ist. Bei dieser Gehäuseschale
3 liegen die äußere Stirnseite des Deckelbefestigungsflanaches 2 und die
Unterseite
der Schweißbereiche des Ventilsitzträgers und der Oberschale genau planparallel
zueinander. Da nun bei der Ausbildung der Unterschale 4 die Oberkante der Querrippe
und die Schweißebene der Schale in einer gemeinsamen Ebene liegen, ist
auch
hier eine genaue Flächenbearbeitung möglich.
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Das Verschweißen der Oberfläche der Querrippe 6 mit der Unterseite
des Sitzringträgers 7 erfolgt vorzugsweise durch eine
Strahlenschweißung,
insbesondere Elektronenstrahlechweißung.
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Der beim vorstehend beschriebenen Gehäuse vorgesehene Sitzringträger
7 ist derart ausgebildet, daß er im Gesenk geschmiedet werden kann. Beim Schmieden
des Sitzringträgers wird vorgesehen, daß die ausgelochte Partie wesentlich stärker
gehalten wird, als dies beim normalen Schmieden notwendig ist. Die
ausgelochten
Butzenteile werden in ihrer Masse so gestaltet, daß aus ihnen ein Sitzringträger
der nächst kleineren Ventiltype geschmiedet werden kann. In wirtschaftlicher
Hinsicht ist dies ein Vorteil, weil in vielen Fällen der Sitzringträger aus Nirosta-Stahl
geschmiedet werden soll.
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In dem Bereich der Verbindungsstelle mit der Querrippe 5 der Oberschale
ist der Sitzringträger von einem als Zylinder-mantelabschnitt ausgebildeten
Kreiabogenabachnitt 32 begrenzt,
der durch eine Drehoperation sauber und maßhaltig
hergestellt werden kann. Dieser Zylindermantelabschnitt wird in die gleich-
falls
durch einebrehoperation genau maßhaltig angedrehte Quer-
rippe
5 der Oberschale eingesteckt und zentriert.
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Nach der Au sströmseite hin - etwa auf einem. Bogenmaß
,ron
140o - verläuft der fertige Sitzringträger entsprechend einem
Kreisbogenabschnitt
33, der dem'Kreisboßen 27 der Querrippe 6 der
Unterschale-entspricht.
Es ist damit auch der Ventilsitzt räger entsprechend der Bogenform
der Querrippen von Oberschale und
Unterschale von zweigegenläufig zueinander
angeordneten, be-
züglich des Durchmessers unterschiedlich großen kreisbogenförmi-
gen
Umfangsflächen begrenzt.
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Das den Sitzringträger formende Schmiedestück wird so
gestaltet,
daß der Preßgrat an der hochstehenden Kante des
Zylindermantels
entlangläuft, so daß also der eigentliche
Zylindermantelabbchnitt
ganz vom Untergesenk gebildet wird. Auf
diese Weise Wird vermieden,.daß
auf dem äußeren Umfang des Sitz-
ringträgers eine hochstehende Rippe
in steigender Verformung geschmiedet werden muB. Diese Art des
Schmiedens ist dann vor-
teilhaft, wenn der Sitzringträger
ganz aus warmfestem Material,
insbesondere aus nichtrostendem Stahl,
geschmiedet werden soll.
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,Der zylindermantelförmige Umfangsteil des Sitzring-
trägers
kann einwandfrei auf der Drehbank bearbeitet werden.
Diese Drehoperation ist
notwendig, uf die Gesenkschrage zu ent-
fernen und eine genaue
Anlagefläche zu schaffen für den nachfol-
genden Schweißvorgang. Die Form
des Sitzringträgers ist beson-
ders günstig für das Einschweißen
mittels Elektronenstrahlen,
wie Fig. 3 bis 9 zeigen.
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Bei der in diesen.Fig. 3 bis 9 vorgesehenen Ausbildung
des
Ventilgehäuses und des Ventilsitzträgers 7 sind die auf der
Unterseite
des Sitzringträgers 7 vorgesehenen, noch im Bereich
des Einströmstutzens
liegenden Seitenabschnitte 34 mit flaöhen Ausschnitten versehen
und auch die angrenzenden Teile 36 der
Querrippe 5 der Oberschale sind ausgeschnitten.
Diese Ausbildung
eignet sich besonders für das Verschweißen
der beiden Schalen
und das Einschweißen des Sitzringträg'ers
mittels Elektronenstrah-
len. Die Schweißbereiche zwischen Ober- und Unterschale
bleiben
dadurch verhältnismäßig schmal und etwa gleichmäßig
breit und
trotzdem überschneiden sich die beim Einschweißen des Sitzring-
trägers
auf unterschiedlich großen Kreisbögen geführten Schweiß-
nähte in den Bereichen
28 miteinander und mit den Gehäusenähten
an den Längskanten 18..
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Die Ventilsitze 8 können vor dem Einschweißen des
Sitzringträgers
? vollautomatisch stellitiert werden. Falls der
Raum von Mitte Sitzring
bis zum Kreisbogenabschnitt 32 bei An-
wendung bestimmter Schweißen
(Plasmaschweißen) nicht ausreichend
sein sollte, wird in diesem Bereich die
hochstehende Rippe des
Ventilsitzträgers in einem gewissen Umfangsbereich
ausge-
schnitten.
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Die beiden geschmiedeten Schalen erhalten an den Längs- kanten
einen kleinen Grat, der gegenüber dem eigentlichen Schmie- destück um beispielsweise
1 bis 1 1/2 mm vorsteht. Dieser Grat
gleicht beim Elektronenstrahlschweißen
die an der Einbrandstelle
entstehenden leichten Vertiefungen aus. .