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Im Gesenk geschmiedetes Ventilgehäuse und Verfahren zu seiner Herstellung
Die Erfindung betrifft ein im Gesenk geschmiedetes Ventilgehäuse, insbesondere für
Mittel-und Hochdruckventile, sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.
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Es ist bekannt, Ventilkörper aus vollen, rechteckigen Blöcken im Schmiedeverfahren
herzustellen, in die man alsdann die notwendigen Kanäle einbohrte. Ebenfalls ist
es bekannt, solche Körper im Gesenk zu schmieden und ihnen dabei eine Form zu geben,
ähnlich wie sie bislang in Stahl- oder Grauguß hergestellt wurden. Auch hierbei
wurden die Kegelhohl- und Durchflußräume durch Ausbohren geschaffen. Außerdem wurde
es notwendig, die durch das Gesenkschmieden bedingte Gesenkschräge mechanisch wegzuarbeiten.
Auch mußten die Kanäle durchweg einen geradlinigen Verlauf nehmen, um das Ausbohren
zu ermöglichen. Zwar hat man auch schon den Versuch unternommen, bei Ventilkörpern,
soweit sie durch ihre Konstruktion dieses zuließen, wenigstens einen Teil des Kegelraumes
einzuschmieden, dennoch verblieb der Nachteil, daß die Kanäle entsprechend den Bohrungen
geradlinig und strömungstechnisch sehr ungünstig verliefen.
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Eine zur Zeit sich entwickelnde Form eines geschmiedeten Ventils hat
einen Durchgang, bei dem die Einströmung zwischen 16o und i65° von der Rohrleitungsachse
abweicht, um dann im Kegelhohlraum im spitzen Winkel zur Sitzfläche abzubiegen und
Tiber den Kegel in einem ebenso spitzen Winkel in die Abflußleitung des Ventils
einzumünden. Fabrikatorisch, jedoch nicht wirtschaftlic
-h, sind
solche Ventile herstellbar; sie haben aber den schwerwiegenden Nachteil, daß ihre
Durchströmungsverhältnisse sehr ungünstig sind und die Hohlräume, massiv im Rohling
'hergestellt, ausgebohrt werden müssen. Bei Ventilen mit kleineren Nennweiten spielen
diese Durchgangsverhältnisse keine so entscheidende Rolle wie bei größeren Ventilen,
und da man geschmiedete Ventile in dieser Form bislang hauptsächlich nur bis 65
mm Durchgang gebaut hat, konnten sich diese mangelhaften Durchgangsverhältnisse
nicht allzu ungünstig auswirken. Anders verhielt es sich jedoch hinsichtlich der
Herstellung solcher Ventile, die sich durch das Ausbohren und durch das Inanwendungbringen
verhältnismäßig komplizierter Gesenkschmiedestiicke nur teuer herstellen ließen.
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Zweck und Aufgabe der Erfindung ist, geschmiedete Ventile zu verbilligen
und zu verbessern, wozu erfindungsgemäß vorgeschlagen wird, das Ventilgehäuse im
Gesenkschmiedeverfahren mit einem die Abströmung begünstigenden Schrägboden nach
Art eines Schrägsitzventils zu versehen, aus (lern sich der Kegelsitz für ein Geradsitzventil
allseitig frei heraushebt, so daß es die Vorzüge eines Schrägsitzventils mit denen
eines Geradsitzventils in sich vereinigt, deren Nachteile dagegen vermeidet.
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Während (las Schrägsitzventil mit völlig freier Durchlaßöffnung in
strömungstechnischer Hinsicht sehr günstigeVerhältnisse ergibt, ist in den meisten
1# ällen die schräge.Lage seiner Spindel sehr störend, und es werden deshalb solche
Ventile nur ungern benutzt. Normal im Gesenk geschmiedete Geradsitzventile wiederum
weisen diesen Mangel nicht auf. Sie sind jedoch in strömungstechnischer Hinsicht
zu beanstanden, weil bei, ihnen die Durchströmung von der Seite unter dem Kegel
her erfolgt, so daß der Durchflüßstrom zunächst gegen den Kegel anprallt, um dann
seitlich nach der Öffnung des Abflusses hin abzufließen, so daß von dem ganzen Kegelsitzumfang
etwa '/a bei dem Durchflutungsprozeß beaufschlagt wird, was sich strömungstechnisch
als wenig günstig darstellt.
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Durch die gemäß der Erfindung vorgeschlagene Kompromißlösung zwischen
einem Schrägsitz- und einem normalen Geradsitzventil, also durch die Schaffung einer
zur Ventilspindelachse schräg verlaufenden Bodenebene mit aus dieser herausgehobenem
Kegelsitz für ein Geradsitzventil, findet das Durchflußmedium nahezu rings um den
ganzen Sitzringherum eine sofortigeAbströmungsmöglichkeit in Richtung der Abflußöffnung,.
denn der aus der schrägen Ebene herausspringende, ringsherum freistehende Kegelsitz
läßt das Medium über den gesamten Sitzring hinweg und weiterhin an der schrägen
Ebene entlang zum Abflußkanal gelangen, wodurch sich strömungstechnisch besonders
günstige Verhältnisse ergehen.
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Für die Herstellung eines Ventilgehäuses gemäß der Erfindung wird
in der Weise verfahren, daß einem Rohling beim Schmieden im Gesenk eine zur späteren
Durchflußachse schräg verlaufende, zu ihr um etwa 30 bis d5° geneigt liegende
Bodenebene ,in- bzw. angeschmiedet wird, aus welcher alsdann bei der Schaffung des
Zuflußkanals und der Anstauchung der Flansche im Eindorn- bzw. Stauchvorgang unter
Nutzung des ausgedornten bzw. eingestauchten Werkstoffes ein für ein Geradsitzventil
geeigneter Kegelsitz herausgestaucht wird. Bei Herstellung des Gehäuses aus einem
Rohling wird für ein Einpressen des Kegelhohlraumes und Anstauchen der Flansche
eine Schmiedemaschinenbacke von l)utzenförmiger Ringausbildung genutzt, welcher
Ring ,ntslirecliend der Schräglage des Bodens schräg angeschnitten ist. Die Zu-
und Abfluß'kanäle werden geradlinig eingedornt, und dieses Eindornen erfolgt nach
oder gleichzeitig mit dem Anstauchen der Flansche. .,\1s ein anderer Weg für die
Herstellung des Ventilgehäuses gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, das Gehäuse
aus zwei Preßteilen herzustellen, die nach ihrer Gestaltgebung im Gesenk und ?N
achbehandlung in der Schmiedemaschine in der durch den Schrägboden bestimmten Ebene
durch Lichtbogenschweißung (Automatenschweißung) miteinander verbunden werden. Hierbei
erhält (las den Abflußkanal besitzende Preßteil leim Gesenkschmieden durch Ein-und
Hohlschmiedung einen Deckelansatz, einen den am anderen Preßteil befindlichen Kegelsitz
aufnehmenden Hohlraum und einen Begrenzungsrand, der sich dem Schrägboden des anderen
Preßteils anpaßt, so daß beim Schweißen eine in sich geschlossene, ringförmige bzw.
annähernd kreisrunde. durch Automatenscliw,eil:ttitig scliaffbare Schweiß= naht
entsteht.
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In den Zeichnungen ist der Gegenstand der Erfindung in zwei lreisp
elsweisen Ausführungsformen veranschaulicht, wobei die Abb.I bis IV die Herstellung
des neuen Ventilgehäuses aus einem einzigen Rohling in den einzelnen Herstellungsstufen,
die Abb. V bis X die Herstellung des neuen Ventilgehäuses aus zwei Preßteilen in
den einzelnen Herstellungsstufen aufzeigen.
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Die in den Abb. 1 und V veranschaulichten Ventilgehäuse zeigen die
hertigforineii, die einen die Abströmung begünstigenden Schrägboden 6 nach Art eines
Schrägsitzventils besitzen, aus dem sich der Kegelsitz 15 1)zw. 21 für ein Geradsitzventil
heraushebt. Die beiden Räume vor und hinter dem Kegel 15 bzw. 21 sind also nicht
durch eine waagerecht liegende, sondern durch .eitre schräg liegende, um etwa
30 bis 45° zu der Durchflußachse geneigte Ebene unterteilt. Diesen Ventilgehäusen
können seitlich Warzen oder Nocken angeschmiedet sein, mit deren Hilfe eine Befestigung
des Ventilaufsatzes (Stopfbüchse, Ventil'sl)in(lelmutter usw.) möglich ist.
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Beim Ausführungsbeisl)iel nach Abb.I his IV ist das Ventilgehäuse
aus °inein Rohling erstellt. Dieser wird zunächst im Gesenkschmiedevorgang derart
gestaltet, daß sich eine Werkstoffmassierung in der für die Schaffung der beiden
Flansche erforderlichen Menge ergibt, wobei (lieQuerschiiitte7 und 8 dieser Massicrungen
dem Querschnitt in der Sitzpartie 9-9 des Ventils entsprechen. Die Rohrstutzen vom
Flansch zum Kegelraum erhalten dabei rechteckige Querschnitte init gerundeten Ecken.
Der
Ventilkegelraum 5 wird bei der Schmiedung im Gesenk schon soweit
vorbereitet, daß die spätere schräge Ebene 6 ohne irgendwelche Vorsprünge entsteht.
Diese Gestaltwerdung ist in Abb. II aufgezeigt. Dem Körper gemäß Abb. 1I werden
alsdann die Flansche i und 2 in dieser Zahlenfolge oder umgekehrt angestaucht. Beim
zunächst erfolgenden Anstauchen des Flansches i wird durch gleichzeitiges Eindornen
der Durchflußhohlraum 3 bis unter die Kegelsitzfläche 15 geschaffen, was in Abb.
IN aufgezeigt ist. Bei diesem Eindornvorgang wird das Rohgehäuse derartig in die
Schmiedemaschine eingehalten, daß die Backen derselben in Richtung -'-x der Ventilspindelachse
klemmen. In Abwandlung zum vorher im Gesenk geschmiedeten Körper nach Abb. 11 erhält
die Backe an dem tiefen Teil der Schräge 6 eine butzenförmige Ringausbildung t i,
welcher Ring entsprechend der Schräge der Trennungswand zwischen Ober- und Unterseite
der Kegelsitzfläche schräg angeschnitten ist, so daß leim Schließen der Backen sich
der Ring, fest auf die schräge Ebene 6 aufsetzt. Bei dem Eindornvorgang wird dann
der aus dem Kanal 3 ausgedornte Werkstoff in das Innere des Ringes eindringen und
gemäß Abb. III aus der schrägen Ebene 6 in Richtung 12 der Spindelachse ausweichen.
Dieser Nocken, der dann auf der schrägen Eirene 6 entsteht, erhält später die Aufpanzerung
mit nichtrostendem Stahl zur Erzeugung derKegeldichtfläche. Nachdem dieser Stauchvorgang
beendet ist, wird der Flansch 2 bei gleichzeitigem Hohl-(lornendesDurchflußkanals.I
angestaucht(Abb.IV). Es entsteht dann ein Körper, bei dem lediglich an den Partien
an der Stelle 14 Durchbrüche gemacht zu werden brauchen. Der Aufsatz eines solchen
Ventils kann in bekannter Form mit Bügeldeckel, Säulenaufsatz oder auch mit Aufsatz,
bei dem die Stopfbüchse gleichzeitig zur Dichtung des Aufsatzes verwandt wird, erfolgen.
Die Zu- und Abflußkanäle 3 und .4 werden geradlinig eingedornt, und es kann dieses
Eindornen auch nach dem Anstauchen der Flansche i und 2 erfolgen.
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Diese Herstellungsweise des Ventilgehäuses gemäß der Erfindung führt
zu einer Verschlußseite auf der Oberseite des Ventils mit verhältnismäßig großem
Durchmesser. Es besteht die Möglichkeit, an der kranzförmigen Ausbildung K durch
Stumpf-oder Lichtbogenschweißung oder ein anderes ger eignetes Schweißverfahren
jede beliebige Übergangsform anzuschweißen, welche die Verwendung normaler Bügelaufsätze
gestattet. Fernerhin ist es möglich, an der Außenseite des Kegelgehäuses, in <lern
der Schrägboden verläuft, drei oder vier Warzen auf jeder Seite anzuschmieden, mit
Hilfe deren eine Befestigung von Aufsätzen unmittelbar möglich ist. Diese Warzen
haben den großen Vorteil, <taß man zur Befestigung des Deckels normale Schrauben
und Muttern verwenden kann.
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Die zweite Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes sieht die Herstellung
des Ventilgehäuses aus zwei Preßteilen a und b vor, die nach ihrer Gestaltgebung
im Gesenk und Nachbehandlung in d-:r Schmiedemaschine in der durch den Schrägboden
6 bestimmten Ebene durch Lichtbogenschweißung (Automatenschweißung) miteinander
verbunden werden.
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Im einzelnen stellt sich der Herstellungsvorgang wie folgt: Zur Herstellung
des Preßteiles a wird für die spätere Anstauchung des Flansches 16 genau wie zuvor
eine Werkstoffmassierung geschmiedet, deren Querschnitt dem größten der übrigen
Konstruktion entspricht. Von dieser Massierung geht der Rohrstutzen 17 in viereckigem
Querschnitt zu einer in schräger Lage zu dem Rohrstutzen verlaufenden, annähernd
kreisförmigen Fläche 18 über. Dieser so im Gesenk hergestellte Körper (Abb. VI)
wird in die Schmiedemaschine eingehalten, und zwar so, daß die Backen das Gesenkschmiedestück
mit der gleichen Teilung c-c aufnehmen, wie dieselbe im Gesenk geschlagen wurde,
nur mit dem Unterschied, daß der Kanal i9 außen eine runde, der Endform entsprechende
Form erhält und daß aus der schrägen Platte 18 heraus in der Mitte ein Hohlraum
20 in den beiden Backen gelassen wird, in den beim Ausdornen des Durchflußkanales
i9 der Werkstoff einsteigt, wodurch sich die Warze zur Aufnahme der späteren Kegelsitzfläche
21 bildet (Abb. VII).
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Für die Bildung des zweiten Preßteiles b, wie es in fertiger Form
in Abb. VIII veranschaulicht ist, wird zunächst ein Gesenkschmiedestück gemäß Abb.
IX hergestellt, dem ein Hohlraum 22 eingeschmiedet ist, der zur Ventilsitzspindelöffnung
hin in einen Deckelansatz 23 übergeht und mit seinem
| Begrenzungsrand 28 genau mit dem vorbeschrie- |
| benen Lappen 18 (Abb. VI) des ersten Preßteiles a |
| zusammenpaßt, so daß beim Schweißen eine an- |
| n" ernd kreisrunde Schweißnaht ent tr er |
| Wand dieses Hohlraumes 22 wird- der Flansch- |
stutzen 2:I mit viereckigem Querschnitt angeschmiedet, an den sich eine Werkstoffmassierung
25 anschließt, deren Querschnitt dem größten des übrigen Schmiedestückes entspricht
und die der späteren Anstauchung des Flansches 26 dient. Dieses Gesenkschmiedestück
gemäß Abb. IX wird in die Backen der Schmiedemaschine mit der gleichen Teilung wie
beim Gesenkschmieden eingehalten. Das so eingeklemmte Schmiedestück wird an dem
Flanschstutzen 2.4 und am Flansch 26 hohl gedornt, so daß dadurch der Abflußkanal27
des Schmiedstückes entsteht, unter gleichzeitiger Anstauchung des Flansches 26.
Beide Gesenkschmiedestücke werden dann in der schrägen Ebene durch Lichtbogenschweißung
miteinander verbunden. Die somit schräg verlaufende Schweißnaht wird an den Stellen
e-f, g-h (Abb. V) etwa so abgebogen, daß eine in sich geschlossene, ringförmige
Schweißnaht entsteht, die mit einem Automaten geschweißt werden kann, ohne daß hierbei
die Elektroden die angestauchten Flansche 16 und 26 (Abb. V) berühren.
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Bei größeren Lichtweiten der Ventile, zumal dann, wenn sich die Flansche
nicht mehr anstauchen lassen, weil hierfür zu große Staucheinheiten erforderlich
werden, schlägt die Erfindung vor, die Flansche 1, 2 bzw. 16, 26 an den
Stellen
28 und 29 (Abb. I) elektrisch stumpf oder durch Lichtbogen an die hohlgedornten
Rohrstutzen anzuschweißen.