Beschreibung
Absperrarmatur und Verfahren zur Herstellung einer Absperrarmatur
Die Erfindung betrifft eine Absperrarmatur, insbesondere eine Absperrarmatur für Betriebstemperaturen unterhalb O0C, mit einem Gehäuse und einer in dem Gehäuse drehbar angeordneten Absperrklappe, wobei zwischen dem Gehäuse und der Absperrklappe ein von Bauteilen gebildeter Absperrklappensitz angeordnet ist.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer Absperrarmatur, insbesondere einer Absperrarmatur für Betriebstemperaturen unterhalb 0 0C.
Bei derartigen Absperrarmaturen, die im Betrieb bei Betriebstemperaturen unterhalb O0C eingesetzt werden, sind die den zwischen einem Gehäuse und einer Absperrklappe angeordneten Absperrklappensitz bildenden Bauteile aus CrNi-Stahl hergestellt. Derartige austenitische Stähle weisen jedoch im Tieftemperaturbereich ein instabiles Gefüge auf, wobei eine Teilumwandlung von Austenit in Martensit erfolgt. Der Anteil des umwandlungsfähgigen Austenits ist hierbei abhängig von der Legierungszusammensetzung. Diese Gefügeumwandlung ist mit einer Volumenvergrößerung verbunden. Bei Absperrarmaturen, die im Tieftemperaturbereich eingesetzt werden, kann es daher im Betrieb der Absperrarmatur an den den Absperrklappensitz bildenden Bauteilen aufgrund des instabilen Gefüges der aus CrNi- Stahl bestehenden Bauteile des Absperrklappensitzes zu einer Gefügeumwandlung von Austenit in Martensit kommen, wodurch an den den Absperrklappensitz bildenden Bauteilen eine Volumenvergrößerung auftritt. Diese Volumenvergrößerung führt jedoch zu einer Formveränderung der Bauteile, die zu einer Verringerung der Passgenauigkeit des Absperrklappensitzes und somit zu einer verringerten Dichtigkeit der Absperraramatur führen kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Absperrarmatur der oben genannten Gattung und eine Verfahren zur Herstellung einer gattungsgemäßen Absperrarmatur zur Verfügung zu stellen, bei der eine hohe Passgenauigkeit und somit eine hohe Dichtigkeit des Absperrklappensitzes im Betrieb der Absperrarmatur sichergestellt werden kann.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich der Absperrarmatur erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die den Absperrklappensitz bildenden Bauteile der Absperrarmatur einer Behandlung durch Kaltauslagerung im Tieftemperaturbereich unterzogen sind. Durch die erfindungsgemäße Kaltauslagerung im Tieftemperaturbereich der den Absperrklappensitz bildenden Bauteile der Absperrarmatur wird während der
Herstellung der Absperrarmatur erzielt, dass die Gefügeumwandlung von Austenit in Martensit stattfindet. Im Betrieb der Absperrarmatur, insbesondere bei Betriebstemperaturen unterhalb O0C, kann somit die Gefügeveränderung von Austenit in Martensit an den den Absperrklappensitz bildenden Bauteilen der Absperraramatur vermieden werden, wodurch im Betrieb der Absperrarmatur eine hohe
Formbeständigkeit der den Absperrklappensitz bildenden Bauteile und somit eine hohe Passgenauigkeit des Absperrklappensitzes und somit eine hohe Dichtigkeit der Absperrarmatur sichergestellt werden kann. Durch die erfindungsgemäße Behandlung durch Kaltauslagerung im Tieftemperaturbereich der den Absperrklappensitz bildenden Bauteile wird durch den erhöhten Martensitgehalt weiterhin eine erhöhte Härte und
Festigkeit der Bauteile erzielt, wodurch zusätzlich eine erhöhte Verschleißbeständigkeit des Absperrklappensitzes und somit eine verlängerte Lebensdauer des Absperrklappensitzes erzielt werden kann.
Mit besonderem Vorteil erfolgt gemäß einer Weiterbildung der Erfindung die
Behandlung durch Kaltauslagerung der den Absperrklappensitz bildenden Bauteile vor der mechanischen Endbearbeitung der Bauteile. Hierdurch wird erzielt, dass durch die erfindungsgemäße Kaltauslagerung vor der Endbearbeitung der Bauteile des Absperrklappensitzes die Gefügeveränderung an diesen Bauteilen nahezu vollständig abgeschlossen sind, wodurch nach der Endbearbeitung, beispielsweise einem Dreh¬ oder Schleifprozess, eine hohe Formbeständigkeit und somit Passgenauigkeit der Bauteile des Absperrklappensitzes im Betreib des Absperrarmatur sichergestellt werden kann.
Die Kaltauslagerung der Bauteile kann mittels verschiedener Medien erfolgen. Besondere Vorteile ergeben sich, wenn die Kaltauslagerung der Bauteile mittels flüssigem Stickstoff erfolgt. Mit flüssigem Stickstoff kann eine Kaltauslagerung bis zu einer Temperatur von -1960C durchgeführt werden, wodurch bei wirtschaftlichen Kosten eine Kaltauslagerung bei tiefen Temperaturen erzielt werden kann.
Sofern die Kaltauslagerung der Bauteile in einem Bad aus flüssigem Stickstoff erfolgt, kann mit besonderem Vorteil die Kaltauslagerung bei Temperaturen von bis zu -1960C durchgeführt werden. Die Kaltauslagerung der Bauteile kann hierbei in einer entsprechend geeigneten Gefriertruhe, einem Gefrierschrank oder einem Gefriertunnel erfolgen.
Zweckmäßigerweise bestehen die den Absperrklappensitz bildenden Bauteile der Absperrarmatur aus CrNi-Stahl. Bei derartigen nichtrostenden, austenitischen Stählen kann durch eine Behandlung durch Kaltauslagerung in flüssigem Stickstoff eine Umwandlung des Austenits in Martensit mit geringem Aufwand erzielt werden und somit eine hohe Formbeständigkeit der Bauteile des Absperrklappensitzes erzielt werden.
Der Absperrklappensitz kann gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung hierbei zwischen der Absperrklappe oder zumindest einem an der Absperrklappe angeordneten Bauteil und dem Gehäuse oder zumindest einem an dem Gehäuse angeordneten Bauteil ausgebildet sein. Bei einer Ausgestaltung des Absperrklappensitzes direkt an der Absperrklappe und dem Gehäuse ergibt sich eine geringe Teileanzahl der Absperrarmatur. Bei einer Ausgestaltung des Absperrklappensitzes an einem mit der Absperrklappe verbundenen Bauteil und/oder einem an dem Gehäuse angeordneten Bauteil kann der Absperrklappensitz an kompakten Bauteilen ausgebildet werden, die auf einfache Weise der erfindungsgemäßen Behandlung und der anschließenden mechanischen Endbearbeitung unterzogen werden können.
Die oben genannte Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens zur Herstellung einer Absperrarmatur, insbesondere einer Absperrarmatur für Betriebstemperaturen unterhalb O0C, der eingangs genannten Gattung dadurch gelöst, dass vor der mechanischen Endbearbeitung der den Absperrklappensitz bildenden Bauteile aus CrNi-Stahl eine Behandlung der Bauteile durch Kaltauslagerung im
Tieftemperaturbereich durchgeführt wird und die Bauteile nach der Kaltauslagerung auf Umgebungstemperatur erwärmt werden. Mit einem derartigen Verfahren kann auf einfache Weise erzielt werden, dass in den den Absperrklappensitz bildenden Bauteilen der Absperrarmatur vor der mechanischen Endbearbeitung die Gefügeumwandlung von Austenit in Martensit vollzogen ist, so dass die Bauteile des
Absperrklappensitzes nach der mechanischen Endbearbeitung eine hohe Formbeständigkeit aufweisen und somit der Absperrklappensitz eine hohe Passgenauigkeit und die Absperrarmatur eine hohe Dichtigkeit im Betrieb aufweist.
Die Erwärmung auf Umgebungstemperatur der Bauteile wird mit besonderem Vorteil ohne Heizeinrichtung durchgeführt. Für das Wiedererwärmen der Bauteile ist somit keine zusätzliche Heizeinrichtung erforderlich, wodurch sich ein wirtschaftliches Behandlungsverfahren ergibt.
Mit besonderem Vorteil wird die Kaltauslagerung in den- Tieftemperaturbereich und das anschließende Erwärmung auf Umgebungstemperatur gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung mehrmals nacheinander durchgeführt wird, insbesondere zweimal bis viermal, vorzugsweise dreimal. Durch ein mehrmaliges Wiederholen der erfindungsgemäßen Kaltauslagerung im Tieftemperaturbereich der den Absperrklappensitz bildenden Bauteile kann der Restgehalt an umwandlungsfähigen Austenit der Bauteile weiter verringert werden, wobei sich gezeigt hat, dass bei einer dreimaligen Kaltauslagerung im Tieftemperaturbereich und jeweils anschließender Erwärmung auf Umgebungstemperatur in den Bauteilen des Absperrklappensitzes der umwandlungsfähige Austenitanteil nahezu vollständig in Martensit umgewandelt und somit die Gefügeveränderung abgeschlossen ist.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand des in der schematischen Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
In der Figur ist eine erfindungsgemäße, beispielsweise als Doppel-Exzenter- Absperrklappe ausgebildete Absperrarmatur 1 in einem Längsschnitt gezeigt. Die Absperrarmatur 1 weist ein Gehäuse 2 auf, in dem eine Absperrklappe 3 doppel¬ exzentrisch drehbar gelagert ist. In der Figur ist die Absperrklappe 3 in der Sperrstellung gezeigt. Die Absperrklappe 3 ist mittels einer geteilten Antriebswelle 4a, 4b um eine Drehachse 5 drehbar gelagert, in geöffneter Stellung ist die Absperrarmatur 1 in Durchflussrichtung 6 von Medium durchströmbar.
Die Absperrarmatur 1 weist einen Absperrklappensitz 7 auf, der zwischen dem Gehäuse 2 und der Absperrklappe 3 ausgebildet ist.
Der Absperrklappensitz 7 ist an einem Bauteil 8, das mit dem Gehäuse 2 über einen Befestigungsring 9, eine Halteeinrichtung 11 und mehrere Befestigungsschrauben 10 verspannt ist, und zwei Bauteilen 12a, 12b ausgebildet, die auf der Absperrklappe 3 befestigt sind.
Das Bauteil 8 ist als Metallring ausgebildet, das mit einer kegelförmigen, sich nach Innen verjüngenden Sitzfläche 13 versehen ist. Die Bauteile 12a, 12b sind als Metallringe ausgebildet, die in axialer Richtung der Absperrarmatur 1 beabstandet sind. Jedes Bauteil 12a, 12b ist im Bereich der Sitzfläche 13 mit einer mit der Sitzfläche 13 zusammenwirkenden Dichtfläche 17a, 17b versehen, die beispielsweise einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen.
Zwischen den Bauteilen 12a, 12b ist ein Ringraum ausgebildet, der über eine in dem Bauteil 8 und dem Gehäuse 2 ausgebildete Verbindungsbohrung 15 mit einem Raum 16 in Verbindung steht, der mit Anschlüssen für ein Sperrmedium bzw. Spülmedium versehen.
Erfindungsgemäß sind die Bauteile 12a, 12b und das Bauteil 8, die zusammen den Absperrklappensitz 7 bilden, vor der mechanischen Endbearbeitung, beispielsweise einem Dreh- oder Schleifprozess zur Herstellung der Sitzfläche 13 und der Dichtfläche 17a bzw. 17b, einer Behandlung durch zumindest eine einmalige Kaltauslagerung in flüssigem Stickstoff und anschließender Erwärmung auf Umgebungstemperatur unterzogen. Durch diese Behandlung wird erzielt, dass der umwandlungsfähige Austenitanteil in den Bauteilen 8, 12a, 12b vor der mechanischen Endbearbeitung in Martensit umgewandelt ist. Die Gefügeumwandlung des in den Bauteilen 8, 12a, 12b vorhandenen umwandlungsfähige Austenitanteils in Martensit mit der damit verbundenen Volumenvergrößerung findet somit vor der mechanischen Endbearbeitung der Bauteile 8, 12a, 12b statt. Nach der mechanischen Endbearbeitung der Bauteile 8, 12a, 12b, bei der die Sitzfläche 13 und die Dichtfläche 17a bzw. 17b hergestellt werden, kann somit eine weitere Gefügeumwandlung und somit Volumenvergrößerung an den den Absperrklappensitz 7 bildenden Bauteilen 8, 12a, 12b im Betrieb der Absperrarmatur 1 nahezu vollständig vermieden werden.
Im Betrieb der Absperrarmatur unter Tieftemperaturbedingungen wird somit vermieden, dass in den Bauteilen 8, 12a, 12b eine Gefügeumwandlung von Austenit in Martensit
mit einer entsprechenden Volumenvergrößerung stattfindet. Dadurch ergibt sich im Betrieb der Absperrarmatur 1 eine hohe Formbeständigkeit der den Absperrklappensitz 7 bildenden Bauteile 8, 12a, 12b und somit eine hohe Passgenauigkeit des Absperrklappensitzes 7, wodurch die Absperrarmatur 1 eine hohe Dichtigkeit im Betrieb aufweist.
Es ist selbstverständlich möglich, anstelle der beiden Bauteile 12a, 12b lediglich ein mit einer Dichtfläche 17 oder mehreren Dichtfläche 17a, 17b versehenes Bauteil 12 an der Absperrklappe 3 vorzusehen. Zudem ist es möglich, den Absperrklappensitz 7 direkt zwischen dem Gehäuse 2 und der Absperrklappe 3 ohne zusätzliche Bauteile 8, 12a, 12b auszubilden, wobei die Dichtfläche 17 am Außenumfang der Absperrklappe 3 und die Sitzfläche 13 am Innenumfang des Gehäuses 2 ausgebildet ist und somit das Gehäuse 2 und die Absperrklappe 3 die den Absperrklappensitz 7 bildenden Bauteile darstellen. Darüber hinaus ist es möglich, lediglich an der Absperrklappe 3 ein Bauteil 12 oder mehrere Bauteile 12a, 12b vorzusehen, an dem bzw. denen jeweils mindestens eine Dichtfläche 17 ausgebildet ist, und die Sitzfläche 13 direkt am Gehäuse 2 auszubilden, wodurch das Bauteil 12 bzw. die Bauteile 12a, 12b und das Gehäuse 2 die den Absperrklappensitz 7 bildenden Bauteile darstellen, oder die Dichtfläche 17 direkt an der Absperrklappe 3 auszubilden und am Gehäuse 2 ein Bauteil 8 mit der Sitzfläche 13 vorzusehen, wodurch die Absperrklappe 3 und das Bauteil 8 die den Absperrklappensitz 7 bildenden Bauteile darstellen.