DE1942365A1 - Ventil - Google Patents

Description

Dallas , Texas 75221,
(Vereinigte Staaten von Amerika)

Ventil.

Sie Erfindung bezieht sich auf Ventile mit einem Gehäuse aus Gußeisen und betrifft die Wahl des Materials für die Sitzfläche des Ventiltellers und deren Festlegung im Ventilgehäuse· Sie soll an einem Drosselventil beschrieben werden»

Bei Drosselventilen ist der Ventilteller im Strömungsweg des Ventils schwenkbar und legt sich in geschlossener Stellung gegen einen Sits, auf dem er gegen das durch das Ventil strömende Medium abdichten soll· Dieses Abdichten soll möglichst vollständig sein, ohne daß häufige PfIege- und Instandsetzungsarbeiten erforderlich sind« Dazu soll die Sitzfläche gegen Abnutzungen durch Betriebseinflüsse_y z.B. Anrostungen, Korrosionen, Temperaturänderungen usw«, möglichst widerstandsfähig sein· Man verwendet deshalb seit längerer Zeit für die Sitzfläche ein hartes, gegen Korrosionen und Rost beständiges Material, damit die Feinbearbeitung der Sitzfläche möglichst lange erhalten bleibt und ein störungsfreies Arbeiten für eine sehr lange Betriebszeit ermöglicht wird. Frühere Bemühungen zum Erreichen dieses Zieles bezogen sich auf die Benutzung eines vorbearbeiteten Sitzringes, der in den Ventilkörper durch Einkleben oder dergl» nach dem Gießen des Ventilkörpers eingebaut wurde· Hierdurch erreichte man nur einen begrenzten Erfolg für eine kurze Zeit, weil der Klebstoff eine Verbindung des Hinges mit dem Ventilkörper für eine lange Betriebs zeit nicht gewährleisten konnte. Dadurch traten Undichtigkeiten auf, die nach kurzer Zeit Instandsetzungsarbeiten erforderlich machten«

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Ein anderer Weg zum Festlegen des Sitzes Im Ventilkörper ist das Einschmelzen des Sitzringes beim Gießen des Ventilkörpers. Aber dieses Verfahren ist nicht allgemein anwendbar, weil die Unterschiede in dem Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Material des Gehäuses und des Sitzes ein Schrumpfen des Sitzringes gegenüber dem Ventilkörper beim Abkühlen hervorrufen« Der Anmelder hat in einem früheren Vorschlag ein Verfahren entwickelt, das eine Verbindung zwischen Sitz und Gehäuse beim Gießvorgang ermöglicht, auch wenn die thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Sitzringes und des Ventilgehäuses um etwa 50% voneinander abweichen· Es kann jedoch hier davon abgesehen werden, auf diesen Vorschlag einzugehen·

Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Ventilen, z.B. Drosselventilen, bei denen der Ventilsitz aus hartem und gegen Korrosion widerstandsfälligem Material in den Ventilkörper bei dessen Guß eingeschmolzen wird. Der Erfindung liegt die neue Erkenntnis zugrunde, daß ein Sit ζ ring, wenn er aus austenitiachem rostfreiem Stahl einer bestimmten Zusammensetzung besteht, einheitlich über seinen Umfang in das Ventilgehäuse eingeschmolzen werden kann, ohne daß eine besondere Technik benötigt wird, die das Loslösen des Ringes infolge der Schrumpfungsunterschiede verhindert. Es wird somit zum ersten Mal offenbar^,wie ein korrosionsfester, rostfreier Stahl in ein gußeisernes Ventilgehäuse ohne die erwarteten Schwierigkeiten und ohne Anwendung besonderer Tech>niken eingeschmolzen werden kann. Damit ergibt sich ein störungsfrei arbeitendes Ventil mit großer Betriebssicherheit bei geringem Instandhaltungsaufwand« Obwohl die Erfindung bei Drosselventilen besonders geeignet ist, kann sie natürlich auch bei der Herstellung anderer Ventile benutzt werden, ζ·B* bei Absperrschiebern, Stöpselventilen, Kugelventilen oder dgl., bei denen eine Sitzfläche mit einem Verschußkörper zusammenwirkt· ; -\ - ' ■' ..■■■■.■■'..■'■■■.■'. -

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Dementsprechend ist ein Merkmal der Erfindung ein Ventil, z.B. ein Drosselventil, mit einer Sitzfläche, die den "bekannten überlegen ist.

Ein weiteres Merkmal ist ein Ventil mit einen dauerhaften, korrosionsfesten Sitzring aus rostfreiem Stahl, der beim Gießen des Ventilkörpers eingeschmolzen wird, ohne daß die früher erforderlichen technischen Maßnahmen benötigt werden·

Noch ein Merkmal der Erfindung ist ein Ventil, bei dem die" bisher auftretenden Schwierigkeiten beim Festlegen des Sitzringes in dem Ventilkörper leicht, wirtschaftlich· und zuverlässig behoben werden· ■ ,

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und der Zeichnung erkennbar, in denen ein Drosselventil als Beispiel behandelt wird. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 einen ebenen Schnitt durch ein Drosselventil, bei dem einige Teile im Schnitt dargestellt sind,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Richtung 2-2 der Fig. 1 und

Fig. 3 eine vergrößerte Ansicht des Sitzflächenteiles, der in Figo 2 durch einen Kreis 3 umgeben ist.

In Fig. 1 ist das Gehäuse des Drosselventils mit C bezeichnet. Das Gehäuse hat eine ringförmige Wand 10, in dessen Innenfläche ΛΛ die Sitzfläche des Ventils liegt· Zu beiden Seiten der Sitzfläche liegen einander gegenüber zwei zylindrische Bohrungen, in denen Lagerbuchsen 14 mit geringem Reibungswert angeordnet sind. Diese reichen bis zu Bohrlocherweiterungen 15 an den beiden Außenseiten des Ventilkörpers· Die queijdurch die Ventilklappe verlaufende Welle 16 hat einen nicht kreisförmigen Querschnitt und ist an ihren beiden Enden innerhalb der Bohrungen durch korrosionsfeste Manschetten, z.B. aus rostfreiem Stahl umfaßt, deren Innenloch dem Querschnitt der Welle 16 entspricht und deren Außenfläche zyÜn-

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drisch ist und drehbar in den Lagerbuchsen 14 liegt·

Die Ventilscheibe, die als Ganzes »it V bezeichnet ist (s« Fig. 2),hat einen inneren Hohlraum 18 mit zwei innen liegenden Naben 19» durch die die Welle 16 in Löchern 20 hindurchtritt, die dem Querschnitt der Welle 16 entsprechen und so die Welle mit der Ventilscheibe kraftschlüssig verbinden.

An dem Außenende jeder Bohrung ist eine Bohrlocherweiterung 21 vorgesehen, in die die idaschetten 17 eintreten und in denen ein Dichtungsring 2% angeordnet ist, der aus Gummi oder Plastik besteht und den Eintritt von Flüssigkeit in die Ventilscheibe V aus dem Ventilgehäuse verhindert. Auf der einen Seite wird der Dichtungsring durch einen Deckel festgelegt, der mit Schrauben 9 an dem Ventilgehäuse befestigt ist. Auf der anderen Seite wird die Abdichtung 23 in ähnlicher Weise durch die Grundplatte 25 der Betätigungseinrichtung festgelegt, die mit dem Ventilgehäuse durch Schrauben 26 verbunden ist· Die Welle 16 führt durch die Grundplatte hindurch in die Betätigungseinrichtung 0. Zum öffnen und Schließen wird das Ventil durch eine Einrichtung 30, die z.B. einem früheren Vorschlag des Anmelders entsprechen kann, gesteuert*

Nach Fig. 2 und 3 hat die Ventilseheibe V an der Kante zwischen ihrer Stirnfläche 32 und ihrer ümfangsflache JJ3 eine Aussparung 34-, in der ein Dichtungsring 35 ζ·B. aus Gummi oder dgl« liegt, der durch einen aufgelegten Hing 41 mittels Schrauben 42 festgelegt ist. Der Dichtungsring f!j> hat eine abgerundete oder kegelförmige Außenfläche, die auf die Dichtungsfläche 45 des Sitzringes 40 im Ventilkörper 10 zur Auflage kommt, wenn das Ventil geschlossen ist (a.Fig. 2 u. 3)· Wird die Ventilscheibe durch die Betätigungseinrichtung um 90° gedreht, so gibt 4as Ventil die größte Du»chtr|itts8ffnung frei, ' . _Λ ■ : - ■■■ .

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Nach dor Erfindung besteht das Gehäuse aus Guß, z.B. aus Gußeisen oder aus Gußstahl. Vorteilhaft ist ein handelsübliches Gußeisen z.B. A 126 oder A 48. Beide Sorten haben im Mittel einen thermischen Ausdehnungekoeffizienten von etwa 10,6 χ 10"⁶ n/n°0 (6,0 χ ΙΟ"⁶ Zoll/Zoll⁰?) und einen Schmelzpunkt von etw* 1090 bis 1200⁰C (2000 bis 2200⁰P).

Bas in das Gehäuse eingebaute Material des Ventilsitzes ist eine haltbare, korrosionsfeste, rostfreie Stahlzusammensetzung· Für die Verwendung in einem Rückschlagventil wird der Sitz als Bing vorgeformt, indem er entweder vorbearbeitet oder für die Fertigbearbeitung nach dem Gießen hergestellt wird. Als Kennzeichen für das Festlegen des Sitzes, der beim Gießen des Gehäuses eingeschmolzen wird, ist die erfinderische Erkenntnis anzusehen, daß ein austenitiseher, rostfreier Stahl vorgeschlagen wird, der die Anforderungen auf Dauerfestigkeit und Korrosionswiderstand vollständig befriedigt, wenn er als Gewichtsanteile bezogen auf das Gesamtgewicht etwa 4- bis 8% Nickel und etwa 16 bis 18% Chrdim zusammen mit Bestandteilen enthält, die eine Vergütung ermöglichen, z.B. Kupfer, Titan, Aluminium und/oder Beryllium· Zusätzlich zu den Anteilen an Nickel und Chrim enthält die Legierung bezogen auf das Gewicht 1,3 bis 1,5% Titan, weniger als 1% Kohlenstoff, weniger als 2% Mangan, weniger als 1% Phosphor und Schwefel, weniger als 2% Silizium und weniger als Λ% Aluminium· Der Rest ist Eisen. Nickel kenn ζ·Τ. durch Kupfer in einer Menge ersetzt werden, die die physikalischen Grundeigenschaften der Legierung nicht ändert, insbesondere nicht die thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Titan kann auf dir gleichen Grundlage wenigstens teilweise durch niobium (Golumbium) ersetzt werden·

Eine solch« Legierung ist gekennzeichnet durch einen Schmelzpunkt von etwa 1400 bis 1WO⁰O (2550-bis 2650⁰F) und hat verglichen mit Gußeisen einen mittleren thermischen Ausdehnungskoeffizienten nach folgender Übersicht:

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	0-100°G	- b -	0-50O0O	1942 3	6 5
	9,9	Temperatürbereich	11,5	ιοοοΡσ
vorgeschlagene	10,1	0-30O0G	12,9
Legierung		19.7
Gußeisen	11,1	17,0
	11,9

Bei Temperaturen über etwa 65O°C hat die vorgeschlagene Legierung einen größeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als Gußeisen, aber unter 650° einen etwas geringeren. Dementsprechend hat die vorgeschlagene Legierung während des Abkühlens nach dem Gießvorgang zunächst das Bestreben, sich von dem Gußeisen in einer .veise wegzuziehen, die den üblichen Sorten des rostfreien Stahls entspricht· Dieser Vorgang setzt sich bis zu einer Abkühlung auf etwa 65O⁰G fort. Uberraschen-P derweise fördert dann aber die Umkehrung des Verhältnisses der Ausdehnungskoeffizienten unter 65O⁰C die Tendenz der Metalle sich zu verbinden, obwohl beide Metalle dann weniger plastisch⁵ und infolgedessen weniger fähig sind, sich durch Schmelzen zu verbinden. Wahrend somit die der Verbindung widerstrebenden Eigenschaften der Metalle bei hoher Temperatur eine endgültige Schmelzverbindung zwischen ihnen verhindern, ergibt sich tatsächlich eine sehr positive Verbindung während des Abkühlens bei niedrigerer Temperatur, die gewerblich für Ventile oder ähnliche Zwecke nutzbar gemacht werden kann·

Ein Material, das diese Merkmale im wesentlichen erfüllt, ist unter der Marke ζ Stainless W" in den Vereinigten Staaten von W Amerika im Handel· Diese Legierung enthält nach den Angaben des Herstellers in Gewichtsprozenten etwa 6 bis 7,5% Nickel, 16,5 bis 17,5* Chro«_f 0,4 bis 1,2# Titan, 0,4 bis 1% Aluminium, weniger als 0,1% Kohlenstoff, 1% Mangan, weniger als 0,1% Phospho* und Schwefel, 1% Silizium und als Best Eisen·

Wird ein Material mit den kennzeichnenden Anteilen dieser Art ausgewählt, so wird das Gußeisen, das bei einer Temperatur, die unter der Schmelztemperatur der Legierung liegt, Verschmolzen ist, während des Abkünlens eine Schmelzverbindung herbeiführen, die sich einheitlich, über die sich gegenseitig berührenden

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Oberfluchen erstreckt. Diese Ring-Geh&useverbindung ergibt nicht nur ein zuverlässigeres Erzeugnis als früher, sondern vermindert auch die Herstellungskosten wegen der Vermeidung der früher erforderlichen geometrischen Ausgestaltung der Berührungsflächen.

Die vorstehende Beschreibung offenbart eine Verbesserung an Ventilen, indem ein Sitz vorgeschlagen wird, der vergrößerte Abnutsungs- und KorrosionswiderstandsfähTigkeit aufweist und in das Ventilgehäuse beim Gießen eingeschmolzen ist, so daß eine langdauernde, zuverlässige Verbindung gewährleistet ist. Dieses Ziel wird durch die Verwendung der vorstehend beschriebenen Legierungen einreicht, die die gewünschten thermischen Ausdehnungskoeffizienten haben·

Die Erfindung läßt manche Änderungen zu, die sich nicht nur auf die beschriebene Konstruktion beziehen. Diese Änderungen sind in dem Schutzumfang eingeschlossen. Die Zeichnung und die Beschreibung sollen die Erfindung nicht begrenzen·

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BAD ORIGINAL

Claims (1)

1. - Patentansprüche.
   1·)Ventil mit einem gegossenem Gehäuse und einem Sitz für den

   eritilteller, der den Durchtritt für das Medium öffnet oder absperren kann, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilgehäuse aus einem anderen Material als der Ventilsitz besteht, der in das Ventilgehäuse eingeschmolzen ist, wobei für den Ventilsitz eine korrosionsfeste Legierung gewählt wird, die.einen mittleren thermischen Ausdehnungskoeffizienten hat, der während eines Teiles der Abkühlungszeit kleiner ist als der des Gehäusematerials·

   ^ 2· Ventil nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse aus Gußeisen und der Ventilsitz aus einem rostfreien Ghrom-lfickel-Stahl besteht.

   5· Ventil nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, deiß der Ventilsitz aus einem rostfreien Stahl besteht, dessen mittlerer theimiseher Ausdehnungskoeffizient bei der Gießtemperatur größer und bei Saumtemperatur kleiner als der des Gehäirse— materials ist·

   4. Ventil nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß der Sitz ein Hing ist, der in das Ventilgehäuse eingeschmolzen 1st·

   5· Ventil nach Anspruch 4- dadurch gekennzeichnet, daß das Sitz·* fe material eine durch Vergüten gehartete Legierung ist, die in Gewichtsprozenten wenigstens A% Nickel und wenigstens 16% Chrom enthält.

   6. Ventil nach Anspruch 4- dadurch gekennzeichnet, daß das Sitzventil eine Legierung ist, die in Gewichtsprozenten: etwa enthält:

   4 bis 8% Nickel 16 bis 1®έ Chrom ·

   1,5 bis 1,5% Titan

   weniger als je 1% Kohlenstoff, Aluminium, Phosphor, Schwefel, weniger als Je 2% Mangan,, Silizium
   und als Rest Eisen·

   7· Ventil nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß das Sitzmaterial eine Legierung ist, die in Gewichtsprozenten etwa enthält:

   6 bis 7,5% Nickel 16,5 bis 17,5% Chrom 0*4 bis 1,2% Titan 0,4 bis 1$ Aluminium 1% Mangan 1% Silizium

   weniger als je 0,1% Kohlenstoff, Phosphor,,/Schwell und als Rest Eisen,

   DipJMhfW. Dipping. H.

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   AO

   Le er se i te