DE19727377C2 - Absperrorgan, insbesondere Tieftemperaturventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Absperrorgan, insbesondere Tief­ temperaturventil, mit einem Ventilgehäuse mit Gehäuseober­ teil, Gehäuseunterteil und einem Verbindungsrohr zwischen Gehäuseoberteil und Gehäuseunterteil, wobei

• - in dem Verbindungsrohr eine Ventilspindel mit einem Ven­ tilschließkörper gegen einen Ventildichtsitz im Gehäuse­ unterteil verfahrbar ist, wobei ferner
• - das Verbindungsrohr eine in das Gehäuseunterteil vorkra­ gende Rohrverlängerung mit einer Innenführung für die Ventilspindel aufweist, wobei weiter
• - eine Befestigungsvorrichtung zum Befestigen der Rohrver­ längerung in dem Gehäuseunterteil vorgesehen ist, wobei darüber hinaus
• - das Verbindungsrohr und die Rohrverlängerung aus rost­ freiem Stahl bestehen, und wobei
• - das Gehäuseunterteil aus einem Nichteisenmetall besteht.

Im Rahmen der Erfindung kann es sich bei dem rostfreien Stahl für das Verbindungsrohr und die Rohrverlängerung beispielsweise um einen Chromnickelstahl handeln, bei dem Nichteisenmetall dagegen um beispielsweise eine Aluminiumlegierung mit Magnesium und Mangan als Legierungsbestandteilen. Denn Nichteisenmetall umfaßt im Rahmen der Erfindung auch Nichteisenmetallegierungen.

Es sind Tieftemperaturventile der eingangs beschriebenen Ausführungsform bekannt, die beispielsweise zur Heliumver­ flüssigung dienen, aber auch zur Luftzerlegung in Stick­ stoff und Sauerstoff. Zum gleichsam Warmhalten der Gehäuse­ teile und insbesondere des Ventilschließsystems im Ge­ häuseunterteil und gegebenenfalls eines auf das Gehäuse­ oberteil aufgesetzten Stellantriebs ist das Verbindungsrohr zwischen Gehäuseoberteil und Gehäuseunterteil vorgesehen, so daß sich zwischen diesem Verbindungsrohr als Außenrohr und der regelmäßig als Innenrohr ausgeführten Ventilspindel eine Dampfphase aufbauen kann. - Bei den bekannten Ausfüh­ rungsformen ist die Rohrverlängerung des Verbindungsrohres mit einem Flansch als Teil der Befestigungsvorrichtung ausgerüstet. Der Flansch und die Rohrverlängerung bilden ein einteiliges Bauteil, welches unter Zwischenschaltung einer Dichtung mit dem Gehäuseunterteil verschraubt ist. Eine derartige Befestigungsvorrichtung aus Befestigungs­ schrauben, Flansch und Dichtung ist erforderlich, weil der Flansch wie die Rohrverlängerung aus Edelstahl besteht, um mit dem Verbindungsrohr aus Edelstahl verschweißt werden zu können, während sich dagegen eine Schweißverbindung zwischen diesen Bauteilen aus Edelstahl und dem Gehäuse­ unterteil, welches aus Gründen der Gewichts- und Kostener­ sparnis aus einem Nichteisenmetall bzw. einer Nichteisen­ metallegierung nicht herstellen läßt. Daher bleibt nichts anderes übrig, als eine in konstruktiver Hinsicht aufwen­ dige Befestigungsvorrichtung in Kauf zu nehmen, die über­ dies regelmäßig gewartet werden muß, schon um die Funkti­ onssicherheit der Dichtung von Zeit zu Zeit zu überprüfen und gegebenenfalls die Dichtung auszutauschen, um eine stets hinreichende Abdichtung zwischen dem Verbindungsrohr und dem Gehäuseunterteil sicherzustellen. Derartige War­ tungsarbeiten sind personalaufwendig und führen zwangs­ läufig zu Betriebsstörungen.

Ein Absperrorgan der eingangs beschriebenen Ausgestaltung ist durch die deutsche Offenlegungsschrift 22 63 064 bekanntgeworden. Hier ist eine Ventilspindel vorgesehen, welche in einer Rohrverlängerung bzw. einem Gehäusedeckel gelagert ist. Darüber hinaus findet sich eine Befesti­ gungsvorrichtung zum Befestigen der vorgenannten Rohrver­ längerung in einem zugehörigen Gehäuseunterteil. Das bekannte Verbindungsrohr und die betreffende Rohrverlänge­ rung bestehen jeweils aus einem Chromnickelstahl, somit einem rostfreien Stahl. Demgegenüber ist das Gehäuse­ unterteil aus einer Aluminiumlegierung und folglich einem Nichteisenmetall gefertigt. Die vorliegend beschriebenen Probleme sind hierdurch nicht überwunden worden.

Darüber hinaus ist durch US-PS 3 322 143 ein Ventil bekanntgeworden, welches sich zum Einsatz im Tieftempera­ turbereich eignet. Im einzelnen werden ein Gehäuseoberteil sowie ein Gehäuseunterteil angesprochen, welche durch ein Verbindungsrohr miteinander gekoppelt sind. In diesem Verbindungsrohr ist zwar eine Ventilspindel vorgesehen, diese ist jedoch nicht gegen einen Ventildichtsitz im Gehäuseunterteil verfahrbar, sondern vielmehr zur drehbaren Verschwenkung eines Ventilblattes vorgesehen.

Darüber hinaus weist das vorgenannte Verbindungsrohr eine in das Gehäuseunterteil vorkragende Rohrverlängerung auf, wobei zusätzlich eine Befestigungsvorrichtung zum Befe­ stigen der Rohrverlängerung in dem Gehäuseunterteil vorge­ sehen ist. Das Verbindungsrohr ist aus rostfreiem Stahl gefertigt, während das Gehäuseunterteil aus Aluminium besteht. Eine Verbindung des Verbindungsrohres mit dem Gehäuseunterteil erfolgt dergestalt, daß eine Übergangs­ muffe - ebenfalls aus Aluminium - vorgesehen wird, welche einseitig mit dem Gehäuseunterteil im Zuge einer Aluminium­ schweißung verbunden wird.

Dabei erfolgt die Kopplung der vorgenannten Übergangsmuffe aus Aluminium mit dem aus rostfreiem Stahl bestehenden Verbindungsrohr im Zuge eines Gießprozesses. Das heißt, das Verbindungsrohr wird letztlich in eine Aluminiumschmelze getaucht und auf diese Weise entsprechend beschichtet. Hierbei handelt es sich um äußerst aufwendige Ferti­ gungsschritte mit zum Teil zweifelhafter bzw. zumindest schwankender Qualität. Im übrigen ist die bekannte Über­ gangsmuffe gleichsam integraler Bestandteil des Verbin­ dungsrohres, läßt sich folglich nicht getrennt hiervon fertigen.

In der deutschen Offenlegungsschrift 14 75 007 wird ein Verfahren zur Verbindung von Teilen aus voneinander ver­ schiedenen Werkstoffen vorbeschrieben. Dabei werden im allgemeinen aus mehreren Schichten verschiedener Werkstoffe zusammengesetzte Bleche durch aufeinanderwalzen und aufein­ anderpressen in Verbindung mit Spezialklebemittel ver­ bunden. Folglich handelt es sich in Strenge um eine Metallklebeverbindung.

Darüber hinaus beschäftigt sich das Buch "Schweißtechnische Fertigungsverfahren" von Prof. Dr.-Ing. Ulrich Dilthey (Band 1, VDI-Verlag, 2. Auflage, 1994, Seiten 111 bis 121 u. a.) mit dem Reibschweißen als allgemein bekanntes Verbindungsverfahren.

Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein Absperrorgan der eingangs beschriebenen Ausgestaltung zu schaffen, welches sich durch eine besonders einfache, funktionssichere und wartungsfreie Verbindung zwischen Verbindungsrohr und Gehäuseunterteil mit hoher Lebensdauer auszeichnet.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung bei einem gattungsgemäßen Absperrorgan vor, daß

• - die Befestigungsvorrichtung für die Rohrverlängerung als eine stoffschlüssig einerseits mit der Rohrverlängerung andererseits mit einem Einsteckende des Gehäuseunter­ teils verbundene Übergangsmuffe ausgebildet ist, und daß
• - die Übergangsmuffe aus zumindest zwei koaxial mitein­ ander verbundenen Muffenringen aufgebaut ist, wobei
• - zur Herstellung einer Reibschweißverbindung der eine Muffenring festgehalten wird, während der andere Muffen­ ring unter Drehung an den erstgenannten Muffenring ange­ preßt wird, wobei ferner
• - der eine Muffenring aus rostfreiem Stahl besteht und unter Bildung einer stoffschlüssigen Verbindung mit der Rohrverlängerung verschweißt ist, und wobei
• - der andere Muffenring aus einem Nichteisenmetall besteht und unter Bildung ebenfalls einer stoffschlüssigen Ver­ bindung mit dem Gehäuseunterteil verschweißt ist.
• - Nach Lehre der Erfindung werden einerseits die Bauteile aus rostfreiem Stahl miteinander verschweißt, andererseits die Bauteile aus Nichteisenmetall oder Nichteisenmetallegie­ rungen miteinander verbunden bzw. verschweißt. Im ersteren Fall sind daß das Verbindungsrohr, die Rohrverlängerung und der zugeordnete Muffenring der Übergangsmuffe, im letzteren Fall sind das das Gehäuseunterteil und der diesem Gehäuse­ unterteil zugeordnete Muffenring der Übergangsmuffe.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß sich rostfreier Stahl und Nichteisenmetall zwar nicht auf herkömmlichem Wege miteinander verschweißen lassen wie beispielsweise im Wege des Lichtbogenschweißens, Elektrodenschweißens, Auto­ genschweißens oder dergleichen, bei denen es sich um Handschweißverfahren handelt, jedoch im Wege des Reib­ schweißens, bei dem rotationssymmetrische Teile in einer hochtourigen Drehvorrichtung aneinandergepreßt werden, wobei das eine Teil - hier der eine Muffenring - festge­ halten wird, während das andere Teil - hier der andere Muffenring - sich dreht. Nach ausreichender Erwärmung wird der Kraftschluß des Antriebes aufgehoben und lassen sich die Teile bzw. Muffenringe durch Druck miteinander verbin­ den. Ein derartiges maschinelles Reibschweißen läßt sich daher anders als die vorerwähnten Handschweißverfahren nicht vor Ort durchführen, so daß man bisher eine Befesti­ gungsvorrichtung aus Schrauben, Flansch und Dichtung in Kauf nehmen mußte, auf welche bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform verzichtet werden kann. Das gilt auch für die Wartung von Schraubverbindung und Dichtung, vielmehr wird nach Lehre der Erfindung aufgrund der verwirklichten Schweißverbindungen eine einwandfreie Abdichtung im Über­ gangsbereich von dem Verbindungsrohr zu dem Gehäuseunter­ teil erreicht, die sich darüber hinaus durch hohe Lebens­ dauer auszeichnet.

Weitere erfindungswesentliche Merkmale sind im folgenden aufgeführt. So kann ein Führungsstück zwischen der Ventil­ spindel und dem Ventilschließkörper im Bereich der Innen­ führung für die Ventilspindel vorgesehen sein. Weiter wird im allgemeinen so vorgegangen, daß die Rohrverlängerung unmittelbar mit dem Verbindungsrohr verschweißt ist. Weiter sieht die Erfindung vor, daß die Rohrverlängerung ein Außengewinde und das Gehäuseunterteil ein Innengewinde auf­ weist, daß die Rohrverlängerung einen Bund und das Gehäuseunterteil eine Schulter aufweist, und daß die Rohr­ verlängerung bis zur Anlage von Bund gegen Schulter in das Gehäuseunterteil einschraubbar ist. Hierdurch wird ein einwandfreier Sitz der Rohrverlängerung in dem Gehäuse­ unterteil vor und nach erfolgter Schweißverbindung gewähr­ leistet. Um eine wohldefinierte Positionierung der Über­ gangsmuffe zum Legen der Schweißnähte zu erreichen, weist die Übergangsmuffe zweckmäßigerweise eine Innenringfläche auf, mit der sie gegen die Endfläche des Einsteckendes des Gehäuseunterteils anliegt. - Im Ergebnis wird eine schlanke und kompakte Verbindung zwischen den einzelnen Bauteilen erreicht.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläu­ tert; die einzige Figur zeigt ein erfindungsgemäßes Ab­ sperrorgan und insbesondere Tieftemperaturventil im Längs­ schnitt.

Das dargestellte Tieftemperaturventil weist ein Ventilge­ häuse mit Gehäuseoberteil 1, Gehäuseunterteil 2 und einem Verbindungsrohr 3 zwischen Gehäuseoberteil 1 und Gehäu­ seunterteil 2 auf. In dem Verbindungsrohr 3 ist eine Ventilspindel 4 - nach dem Ausführungsbeispiel ein Spindel­ rohr - mit einem Ventilschließkörper 5 gegen einen Ventil­ dichtsitz 6 im Gehäuseunterteil 2 verstellbar. Das Verbin­ dungsrohr 3 weist eine in das Gehäuseunterteil 2, vorkra­ gende Rohrverlängerung 7 mit einer Innenführung 8 für ein Führungsstück 9 zwischen der Ventilspindel 4 und dem Ven­ tilschließkörper 5 auf. Ferner ist eine Befestigungsvor­ richtung 10 zum Befestigen der Rohrverlängerung 7 in bzw. an dem Gehäuseunterteil 2 vorgesehen. Das Verbindungsrohr 3 und die Rohrverlängerung 7 bestehen aus rostfreiem Stahl, z. B. einem 18/8 CrNi-Stahl, während das Gehäuseunterteil 2 aus einer Nichteisenmetallegierung, beispielsweise AlMg 4,5 Mn besteht.

Die Befestigungsvorrichtung für die Rohrverlängerung 7 ist als eine Übergangsmuffe 10 ausgebildet. Die Übergangsmuffe 10 ist formschlüssig mit der Rohrverlängerung 7 und einem Einsteckende 11 des Gehäuseunterteils 2 verbunden. Die Übergangsmuffe 10 ist aus zwei koaxial miteinander verbun­ denen Muffenringen 10a, 10b aufgebaut, von denen der eine Muffenring 10a aus rostfreiem Stahl besteht und unter Bildung einer kraftschlüssigen Verbindung mit der Rohrverlängerung 7 verschweißt ist, während der andere Muffenring 10b aus einer Nichteisenmetallegierung besteht und unter Bildung einer kraftschlüssigen Verbindung mit dem Gehäuseunterteil 2 verschweißt ist. Die Rohrverlängerung 7 ist unmittelbar mit dem Verbindungsrohr 3 verschweißt. Nach dem Ausfüh­ rungsbeispiel besteht der eine Muffenring aus ebenfalls einem 18/8 CrNi-Stahl, während der andere Muffenring eben­ falls aus einer Leichtmetallegierung AlMg 4,5 Mn besteht. Folglich lassen sich die Schweißnähte 12 zwischen den Bau­ teilen aus rostfreiem Stahl einerseits und den Bauteilen aus der Nichteisenmetallegierung andererseits in herkömmlicher Weise im Wege einer Handschweißung legen. Die Verbindung der Muffenringe 10a, 10b ist als Reibschweißverbindung aus­ geführt. Die Rohrverlängerung 7 weist ein Außengewinde 13 und das Gehäuseunterteil 2 ein entsprechendes Innengewinde 14 beispielsweise im Bereich des Einsteckendes 11 auf. Die Rohrverlängerung 7 besitzt einen Bund 15 und das Gehäu­ seunterteil 2 eine Schulter 16, wobei die Rohrverlängerung 7 bis zur Anlage vom Bund 15 gegen Schulter 16 in das Ge­ häuseunterteil 2 einschraubbar und in definierter Weise positionierbar ist, um die Schweißnähte 12 zu legen. Das gilt auch für die Übergangsmuffe 10, die mit einer Innen­ ringfläche 17 gegen die Endfläche 18 des Einsteckendes 11 des Gehäuseunterteils 2 anliegt. Die Innendurchmesser der Übergangsmuffe 10 entsprechen einerseits dem Außendurch­ messer des Einsteckendes 11 des Gehäuseunterteils 2 und andererseits dem Außendurchmesser der Rohrverlängerung 7.

Claims (5)

1. Absperrorgan, insbesondere Tieftemperaturventil, mit einem Ventilgehäuse mit Gehäuseoberteil (1), Gehäuseunter­ teil (2) und einem Verbindungsrohr (3) zwischen Gehäuse­ oberteil (1) und Gehäuseunterteil (2), wobei

• 1. in dem Verbindungsrohr (3) eine Ventilspindel (4) mit einem Ventilschließkörper (5) gegen einen Ventildicht­ sitz (6) im Gehäuseunterteil (2) verfahrbar ist, wobei ferner
• 2. das Verbindungsrohr (3) eine in das Gehäuseunterteil (2) vorkragende Rohrverlängerung (7) mit einer Innenführung (8) für die Ventilspindel (4) aufweist, wobei weiter
• 3. eine Befestigungsvorrichtung (10) zum Befestigen der Rohrverlängerung (7) in dem Gehäuseunterteil (2) vorge­ sehen ist, wobei darüber hinaus
• 4. das Verbindungsrohr (3) und die Rohrverlängerung (7) aus rostfreiem Stahl bestehen, und wobei
• 5. das Gehäuseunterteil (2) aus einen Nichteisenmetall be­ steht,

dadurch gekennzeichnet, daß

• 1. die Befestigungsvorrichtung (10) für die Rohrverlänge­ rung (7) als eine stoffschlüssig einerseits mit der Rohrverlängerung (7) andererseits mit einem Einsteckende (11) des Gehäuseunterteils (2) verbundene Übergangsmuffe (10) ausgebildet ist, und daß
• 2. die Übergangsmuffe (10) aus zumindest zwei koaxial mit­ einander verbundenen Muffenringen (10a, 10b) aufgebaut ist, wobei
• 3. zur Herstellung einer Reibschweißverbindung der eine Muffenring (10a) festgehalten wird, während der andere Muffenring (10b) unter Drehung an den erstgenannten Muffenring (10a) angepreßt wird, wobei ferner
• 4. der eine Muffenring (10a) aus rostfreiem Stahl besteht und unter Bildung einer stoffschlüssigen Verbindung mit der Rohrverlängerung (7) verschweißt ist, und wobei
• 5. der andere Muffenring (10b) aus einem Nichteisenmetall besteht und unter Bildung ebenfalls einer stoff­ schlüssigen Verbindung mit dem Gehäuseunterteil (2) verschweißt ist.

2. Absperrorgan nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Führungsstück (9) zwischen der Ventilspindel (4) und dem Ventilschließkörper (5) im Bereich der Innenführung (8) für die Ventilspindel (4) vorgesehen ist.

3. Absperrorgan nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Rohrverlängerung (7) unmittelbar mit dem Verbindungsrohr (3) verschweißt ist.

4. Absperrorgan nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrverlängerung (7) ein Außenge­ winde (13) und das Gehäuseunterteil (2) ein Innengewinde (14) aufweist, daß die Rohrverlängerung (7) einen Bund (15) und das Gehäuseunterteil (2) eine Schulter (16) aufweist, und daß die Rohrverlängerung (7) bis zur Anlage von Bund (15) gegen Schulter (16) in das Gehäuseunterteil (2) ein­ schraubbar ist.

5. Absperrorgan nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergangsmuffe (10) mit einer Innenringfläche (17) gegen die Endfläche (18) des Ein­ steckendes (11) des Gehäuseunterteils (2) anliegt.