DE2427783C3 - Geschweißtes Gehäuse für einen Kugelhahn - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein geschweißtes Gehäuse für einen Kugelhahn, insbesondere für hohe Nennweiten und-Drücke, mit einem rohrförmigen Mittelteil und zwei an dessen Stirnseiten angeschweißten mit öffnungen versehenen Endteilen, in die miteinander fluchtende rohrförmige Anschlußstutzen eingeschweißt sind, und einem im Mittelteil drehbar angeordneten Kugelküken, das auf gegenüberliegenden Seiten mit metallischen Sitzringen in Eingriff ist.

Ein Problem bei der Herstellung von geschweißten Kugelhahngehäusen ist das Auftreten von Längsschrumpfungen, die zumeist zu aufwendigen baulichen Maßnahmen zwingen, wodurch nicht nur der gesamte Hahn erheblich aufwendiger wird, sondern auch seine Funktionssicherheit, insbesondere Feuersicherheit eine erhebliche Beeinträchtigung erfahren kann. Die Schrumpfungen beeinträchtigen die Lagerung des Kugelhahns, so daß wie beim bekannten Kugelhahngehäuse der eingangs genannten Art die Sitzringe elastisch nachgebend gelagert werden (DE-AS 1199 083). Dadurch werden die Unempfindlichkeit gegenüber Durchflußmedien sowie die Feuersicherheit erheblich herabgesetzt, was insbesondere beim Einsatz für Erdgas oder Erdöl von großem Nachteil ist, die in der Regel Feststoffe und/oder chemisch aggressive Stoffe enthalten.

Bei der oben erwähnten bekannten Kugelhahnkonstruktion werden eine einstellbare Gewindebuchse mit Federringen oder plastische Abdichtungen in Verbindung mit Federringen verwendet, um axiale Schrumpfungen auszugleichen. Bei einem anderen bekannten Absperrhahn für Rohrleitungen (DE-OS 16 75 460) ist der Kugelhahn ebenfalls zwischen weichelastischen Dichtringen gelagert, so daß er ohne weiteres größere Längentoleranzen kompensieren kann. Bei dieser bekannten Konstruktion treten jedoch infolge von Schrumpfspannungen keine Längenfehler auf, da das Gehäuse mit einem Rohrstutzen einstückig, vorzugsweise durch Fließpressung geformt ist. Toleranzen ergeben sich allenfalls beim Einpassen des anderen Rohrsiutzens, der über eine radiale Schweißnaht gegenüber dem Kugelhahngehäuse festgelegt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein geschweißtes Gehäuse für einen Kugelhahn zu schaffen, insbesondere für hohe Nennweiten und Drücke, der bei sehr geringen Toleranzen und hoher Maßgenauigkeit äußerst geringen Herstellungsaufwand benötigt
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Endteile als ebene zu den Anschlußstutzen orthogonale Abschlußplatten ausgebildet und jeweils über eine in axialer Richtung geführte Schweißnaht mit der Innenseite des Mittelteils verbunden sind und daß die metallisehen Sitzringe jeweils unter unmittelbarer Abstützung an der Abschlußplatte dichtend gehaltert sind.

Bei dem erfindungsgemäßen Kugelhahngehäuse ist die Schweißnaht zwischen Abschlußplatte und rohrförmigem Gehäuse so gelegt, daß die direkten Schweiß-Schrumpfungen in neutraler Richtung auftreten und vernachlässigbare Auswirkungen auf die axiale Lage der Abschlußplatte und somit des Sitzringes haben. Vielmehr können mit Hilfe der Erfindung, ohne daß das Gehäuse einer aufwendigen mechanischen Bearbeitung bedarf, Passungen erreicht werden, die die Beweglichkeit des Hahnes einerseits gewährleisten und andererseits eine Gasdichtigkeit bei metallischer Dichtung ohne Verwendung von federenden Elementen gewährleisten. Trotz der außerordentlich hohen Genauigkeit braucht keinerlei Rücksicht auf die Längentoleranzen der verwendeten Teile genommen werden.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Kugelhahngehäuses ist die Unempfindlichkeit gegenüber Durchflußmedien sowie seine Feuersicherheit. Dadurch eignet sich der Kugelhahn vor allem für Armaturen für Erdgas oder Erdöl, die in der Regel Feststoff und/oder chemisch aggressive Stoffe enthalten.

Die mit dem erfindungsgemäß hergestellten Gehäuse ausgestatteten Kugelhähne sind insbesondere für höhere Nennweiten und sehr hohe Nenndrücke geeignet. Für derartige Kugelhähne lassen sich Toleranzen von 0,1 mm und kleiner ohne Schwierigkeiten erreichen.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Abschlußplatten etwa die dreifache Stärke der Wand des rohrförmigen Mittelteils besitzen. Dadurch wird erreicht, daß bei Ausführung der Schweißnaht, bei der etwa die gleiche Wärmeabgabe an den Mittelteil und die Abschlußplatte erfolgt, die Temperatur im Mittelteil schneller und höher als in der Abschlußplatte steigt, da das Volumen der Abschlußplatte bedeutend größer als das des Mittelteils ist. Das bedeutet, daß die radiale Ausdehnung des Mittelteils beim Schweißen größer ist als die der Abschlußplatte. Diese Erscheinung wird noch dadurch verstärkt.

daß der erwärmte Teil der Abschlußplatte durch den großvolumigen kalten Teil der Abschlußplatte an der radialen Ausdehnung gehindert wird, der erwärmte Teil des Mittelteils sich jedoch fast frei ausdehnen kann. Diese beim Schweißen entstehende Ausdehung des Mittelteils entspricht nun aber bei richtiger Wahl aller Parameter in etwa der Schrumpfung des Schweißguies selbst, so daß beim Abkühlen nach dem Schweißen der Mittelteil durch das Abkühlen des Schweißgutes in Richtung der sich im Durchmesser nur wenig verändernden Abschlußplatte gezogen wird, sich der rohrförmige Mittelteil aber gleichzeitig um etwa das gleiche Maß zusammenzieht.

Man erhält auf diese Weise eine nach dem Schweißen fast spannungslose Schweißnaht, so daß die Abschlußplatte durch Spannungen nicht verformt wird. Beispielsweise beträgt bei einem derartigen geschweißten Gehäuse die Abweichung der Sitzringanlageflächen an den Abschlußplatten in axialer Richtung von dem durch die

Montage vorgegebenen Maß wenige hundertstel mm. Dies wird mit Armaturinnenteilen erreicht, die mehrere Millimeter in axialer Richtung von dem Nennmaß abweichen, und mit einem Gehäuse, welches keinerlei mechanische Bearbeitung aufweist Hieraus ergibt sich eine besonders wirtschaftliche Fertigung.

Zur besseren Verdeutlichung der Erfindung dient die nachfolgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen, von denen

F i g. 1 einen schematischen Vertikalschnitt durch einen Teil eines erfindungsgemäß ausgebildeten Kugelhahngehäuses mit einem Kugelküken und Sitzringen darstellt,

F i g. 2 ein Vertikalschnitt durch einen Teil einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäß ausgebildeten Gehäuses ist, wobei insbesondere die Schweißnaht zwischen einem Mittelteil und einer AbschiuBpiatte zu erkennen ist,

F i g. 3a bis 3e verschiedene Ausführung*formen der zwischen dem Mittelteil und der Abschlußplatte befindlichen Schweißnaht im Schnitt zeigen, und

F i g. 4 einen Schnitt durch oine Ausfuhrungsform der Schweißnaht zwischen Mittelteil und der Abschlußplatte zeigt, wobei in dem zwischen dem Mittelteil und der Abschlußplatte gebildeten Winkel ein ringförmiges Keramikelement angeordnet ist.

Wendet man sich nunmehr F i g. 1 zu, so erkennt man einen im Vertikalschnitt gezeigten Teil eines rohrförmigen Mittelteils 2 eines Kugelhahngehäuses 1, bei dem ein Kugelküken 5 zwischen zwei sich auf Abschlußplatten 3 unmittelbar abstützenden Sitzringen 6 angeordnet ist. In F i g. I ist nur ein Sitzring sowie das Kugelküken 5 zur Hälfte gezeigt. Durch den Mittelteil des Kugelhahngehäuses 1 ist eine spindelartige Betätigungsvorrichtung 7 hindurchgeführt, mit der das Kugelküken 5 in eine einen Strömungsdurchlaß öffnende und schließende Stellung bewegbar ist. Die Ausbildung der Betätigungsvorrichtung 7, des Kugelkükens 5 sowie der Sitzringe 6 ist nicht erfindungswesentlich. In F i g. 1 ist eine O-Ring-Dichtung 9 gezeigt, die den Sitzring 6 gegenüber der Abschlußplatte 3 abdichtet. In F i g. 1 ist ferner ein Federelement 10 gezeigt.

Das Gehäuse 1 besteht aus dem rohrförmigen Mittelteil 2. dessen gegenüberliegende ringförmige Endbereiche 18 der Mittelteilinnenseite 19 jeweils über eine in axialer Richtung geführte ringförmige Schweißnaht 13 mit der Abschlußplatte 3 verbunden sind, die eine zentrale, den Strömungsdurchlaß bildende Öffnung aufweist, an die mit der Öffnung fluchtend ein Anschlußstutzen 4 angeschweißt ist. Dieser Stutzen 4 ist über geeignete Schweißnähte, die in Fig. 1 mit 11 und 12 bezeichnet sind, mit der Abschlußplatte 3 verbunden.

Durch die axiale Anordnung der Schweißnaht 13 an den Stirnseiten des Mittelteils 2 werden die direkten Schweißschrumpfungen in eine möglichst neutrale Richtung gebracht.

Dabei wird die Schweißnaht 13 selbst und ihre Umgebung so ausgeführt, daß auch verbleibende Restspannungen in die gewünschte Richtung gebracht werden. Diese Maßnahme wird dadurch unterstützt, daß der ringförmige Endbereich 18 der Mittelteilaußenseite in Richtung auf die Schweißnaht 13 bei 14 abgeschrägt ist und daß auf der Innenseite der Abschlußplatte 3 in unmittelbarer Nähe der Schweißnaht 13 eine Ringnut 15 eingestochen ist.

Die Schmiermittelzuführung für Kugelküken 5 und Sitzringe 6 ist nur schematisch angedeutet und mit 8 Die in F i g. 1 dargestellte Ausführungsform der Schweißnaht 13 zwischen dem Mittelteil 2 und der Abschlußplatte 3 ist lediglich beispielhaft in F i g. 2, in der ein vergrößerter Vertikalschnitt durch einen Teil einer anderen Ausführungsform eines geschweißten Kugelhahngehäuses dargestellt ist, ist diese Schweißnaht 13 anders ausgeführt Während bei der Ausführungsform der Fi g. 1 der ringförmige Endbereich 18 des Mittelteils 2 außen in Richtung auf die Schweißnaht 13 abgeschrägt

ίο ist, ist das in F i g. 2 nicht der Fall. Bei der in F i g. 2 dargestellten Ausführungsform ist jedoch der ringförmige Endbereich der Abschlußplattenaußenseite bei 16 zum Mittelteil Z hin abgeschrägt Auf diese Weise wird das Entstehen Von Spannungsspitzen vermieden. Darüber hinaus sind bei der in Fig.2 gezeigten Ausführungsform sowohl der ringförmige Endbereich 18 als auch die Süf nsciie der Abschlußplatte 3 abgeschrägt, so daß eine sich zur Gehäuseaußenseite verbreiternde V-Naht 13 ausgebildet wird. Die abgeschrägten Flächen weisen verschiedene Neigungswinkel auf und gehen von einem in bezug auf die Nahlachse kleineren in einen größeren Neigungswinkel über.

In dem zwischen dem Mittelteil 2 und der an diesen anstoßenden Abschlußplatte 3 gebildeten Winkel befindet sich ein ringförmiges Keramikelement 17, mit dem die beim Schweißen nicht zugängliche Gegenseite der Schweißnaht abgesichert wird. Durch das Keramikelement 17 wird eine ausreichend glatte Wurzelseite ausgebildet die bei der in F i g. 2 gezeigten Ausbildungsform etwa kreisbogenförmig verläuft. Das Element 17 kann in dem fertiggestellten Gehäuse verbleiben.

In den F i g. 3a bis 3e sind beispielhafte Ausführungsformen der Schweißnaht 13 im Schnitt dargestellt. Fig.3a gibt eine mögliche Grundform wieder, bei der der Mittelteil 2 weder auf seiner Außen- noch seiner Innenseite abgeschrägt ist. Lediglich der ringförmige Endbereich der Abschlußplattenaußenseite sowie der Außenrand der Abschlußplatte sind bei 21, 22 bzw. 16 abgeschrägt, wobei der Außenrand in zwei Abschnitte 21, 22 mit verschiedener Neigung aufgeteilt ist. Die Wurzelseite 23 der Schweißnaht 13 ist ebenfalls nicht ausgerundet.

In Fig.3b ist eine weitere Ausführungsform der Schweißnaht 13 gezeigt. Bei dieser Ausführungsform ist der Endbereich 30 des Mittelteils an der Innenseite nach außen öffnend abgeschrägt. Darüber hinaus ist der ringförmige Außenrand der AbschluBplatte 3 an der Außenseite sowie die Stirnseite der Abschlußplatte 3 abgeschrägt, wobei wiederum der Außenrand in zwei Abschnitte 32,33 mit verschiedener Neigung aufgeteilt ist. Die Wurzelseite 31 der Schweißnaht ist kreisbogenförmig ausgebildet.

F i g. 3c zeigt a^:t in F i g. 3a dargestellte Ausführungsform der Schweißnaht, wobei zusätzlich auf der Innen- seite der Abschlußplatte 3 in unmittelbarer Nähe der Schweißnaht eine Ringnut 15 angeordnet ist. Die Ringnut 15 mit der Abschrägung der Abschlußplatte 3 dienen dazu, möglicherweise auftretende Durchbiegung der Abschlußplatte zu steuern. Die Nut 15 setzt ferner die Rußgefahr an der Naht 13 an der Wurzel herab.

In F i g. 3d ist eine Ausführungsform gezeigt, bei der die Abschlußplatte 3 wie in den F i g. 3a und 3b ausgebildet ist und bei der der ringförmige Endbereich der Mantelk5rperaußenseite in Richtung auf die Schweißnaht 13 bei 14 abgeschrägt ist.

In Fig.3e ist die in Fig. 3b gezeigte Ausführungsform wiedergegeben, wobei lediglich die Wurzelseite 23 der Schweißnaht 13 nicht ausgerundet ist.

Die Ausgestaltung der zu verschweißenden Teile 2 und 3 sowie die der Naht 13 ist in allen Fällen so gewählt, eine möglichst geringe axiale Schrumpfspannung und Verformung der Teile zu erhalten bei verringerter Rußgefahr der Naht selbst.

Wendet man sich nunmehr F i g. 4 zu, so erkennt man dort eine Ausführungsform der Schweißnaht 13, die im wesentlichen der in Fig.3b gezeigten gleichkommt. In dem zwischen dem Gehäusemantel 2 und der Abschlußplatte 3 gebildeten Winkel ist ein Keramikelement 17 angeordnet, das aus einem Grundkörper 40 aus Kunststoff. Metall od. dgl. Material besteht, der mit einer Keramikschicht 41 versehen ist. Durch dieses Keramikelement 17 entsteht eine ausreichend glatte Wurzelseite, so daß keine Kerbwirkungen hervorgerufen v/erden. is

Die Wandstärkenabmessungen des Mittelteils 2 und der Abschlußplatten 3 richten sich naturgemäß nach den statischen Gegebenheiten. Darüber hinaus sollte die Stärke der Abschlußplatten 3 so ausgewählt sein, daß sie etwa die dreifache Stärke der Wand des Mittelteils 2 besitzen.

In wieviel Lagen die Gehäuseschweißnaht 13 ausgeführt wird, richtet sich in erster Linie nach den jeweiligen Wandstärken.

Nachfolgend sei noch kurz auf das Herstellungsverfahren der gezeigten Kugelhahngehäuse eingegangen. Zunächst werden die Abschlußplatten 3 mit den Anschlußstutzen 4 verschweißt sowie die Abschlußplatten 3 bearbeitet. Dann wird eine Abschlußplatte 3 mit angeschweißtem Stutzen 4 an den Mittelteil 2 angeschweißt, wobei die Schweißung von der Gehäuseaußenseite vorgenommen wird und zur Sicherung des Schweißbades von der Innenseite in dem von der Abschlußplatte 3 und dem Mittelteil 2 gebildeten Winkel das ringförmige Keramikelement 17 (F i g. 2) angeordnet. Nach dem Einbau des Kugelkükens 5 mit den Sitzringen wird die zweite Abschlußpiatte 3 mit angeschweißtem Stutzen 4 in gleicher Weise wie die erste Abschlußplatte angeschweißt. Die Anforderungen an eine Schweißnaht, nämlich ausreichend glatte Wurzelseite ohne Kerbwirkungen, Gegenseite der Schweißnaht in der Weise, daß Spannungsspitzen vermieden werden und Aushärtungen an der Wurzel durch hohen Wärmeabzug vermieden werden, werden bei diesem Verfahren erzielt, obwohl nur von einer Seite geschweißt werden kann und die Gegenseite vor und nach dem Schweißen nur schwer oder überhaupt nicht zugänglich ist. Das ringförmige Keramikelement 1.7 kann im übrigen nach dem Erkalten der Schweißnaht 13 im Gehäuse 1 verbleiben oder auch enifernt werden. Während des Schweiß Vorganges wird durch das Kcramikcicrncnt 17 eine Aushärtung der Wurzelnaht und damit die Gefahr von Spannungsrissen vermindert- Dies ist auf das geringe Wärmeleitvermögen der Keramikschicht 41 (siehe Fig.4) zurückzuführen. Dadurch wird dem flüssigen Schweißgut wenig Wärme entzogen und fließt einwandfrei in die vorgegebene Form, um sich gut mit dem Grundmaterial zu verbinden. Da die Keramikschicht 41 elektrisch nicht leitend ist, wird ein Überspringen des Schweißlichtbogens auf das Keramikelement vermieden. Der Schmelzpunkt der Keramikschicht 41 ist so hoch, daß diese nicht durch das flüssige Schweißmaterial angeschmolzen wird. Das Keramnkelement 17 kann von kreisförmigem Querschniti sein, wobei der Grundkörper aus Kunststoff, Metall od. dgl. Material besteht.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Geschweißtes Gehäuse für einen Kugelhahn, insbesondere für hohe Nennweiten und Drücke, mit einem rohrförmigen Mittelteil und zwei an dessen Stirnseiten angeschweißten mit öffnungen versehenen Endteilen, in die miteinander fluchtende rohrförmige Anschlußstutzen eingeschweißt sind, und einem im Mittelteil drehbar angeordneten Kugelküken, das auf gegenüberliegenden Seiten mit metallischen Sitzringen in Eingriff ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Endteile als ebene zu den Anschlußstutzen orthogonale Abschlußplatten (3) ausgebildet und jeweils über eine in axialer Richtung geführte Schweißnaht (13) mit der Innenseite des Mittelteils (2) verbunden sind und daß die metallischen Sitzringe (6) jeweils unter unmittelbarer Abstützung an der Abschlußplatte dichtend gehaltert sind.

2. Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschlußplatten (3) etwa die dreifache Stärke der Wand des rohrförmigen Mittelteils (2) besitzen.