DE2950778A1

DE2950778A1 - Verschlusskoerper fuer ein konus-labyrinthventil sowie verfahren und einrichtung zu dessen herstellung

Info

Publication number: DE2950778A1
Application number: DE19792950778
Authority: DE
Inventors: Johannes R. Dipl.-Ing. 8000 München Smirra
Original assignee: Smirra johannes R dipl-Ing
Current assignee: Smirra johannes R dipl-Ing
Priority date: 1979-12-17
Filing date: 1979-12-17
Publication date: 1981-06-25
Also published as: DE2950778C2; JPS6333950B2; US4376885A; JPS5695478A

Description

Dipl.-Ing. Johannes R. Smirra, Wunderlichstr. 2, 8000 München

Verschlußkörper für ein Konus-Labyrinthventil sowie Verfahren und Einrichtung zu dessen Herstellung

Konus-Labyrinthventile sind aus der US-PS 3 185 438 sowie der DE-PS 20 08 765 bekannt. Die Verschlußkörper, d.h. der Ventilteller und der Ventilsitz eines derartigen Labyrinthventils sind jeweils mit mindestens zwei als Ringkonen ausgebildeten Schneiden versehen, die bei Annäherung des Ventiltellers an den Ventilsitz in labyrinthartigen Eingriff kommen. Diese Ventile können zur Regulierung und Absperrung von verflüssigten Gasen, geschmolzenen Metallen, Festkörper-Suspensionen und ähnlichem verwendet werden. Beim SchlieBen des Ventiles wird dieses gleichzeitig gereinigt, da korn- bzw. 'faserfönnige Beimischungen z.B. in Flüssigkeiten entweder beim Aufeinandertreffen der Schneiden von Ventilteller und Ventilsitz abgeschabt und damit entfernt oder zerkleinert bzw. zerschnitten und auch danach aus dem Dichtbereich zwischen Ventilteller und Ventilsitz entfernt werden. Die Schneidenform von Ventilteller und Ventilsitz ist entweder durchwegs gleich (US-PS 3 185 438) oder unterschiedlich (DE-AS 20 08 765); auch die Materialeigenschaften von Ventilteller und Ventilsitz können unterschiedlich sein. Durch unterschiedliche Form und/oder Materialbeschaffung der Verschlußkörper kann das Eingriffsverhalten der Schneiden von Ventilteller und Ventilsitz an den jeweiligen Anwendungsfall optimal angepaßt werden.

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Ventilteller und Ventilsitz eines derartigen Konus-Labyrinthventils können auf mehrere Arten hergestellt werden, so z.B. mittels Druckguß, Pulvermetallurgie , Fließpressen usw. mit teilweiser Nachbearbeitung. In der Regel wird jedoch der Ventilteller oder der Ventilsitz an der Drehbank aus einem Vollteil gefräst und in einer besonderen Drück- und Polierprozedur zur Kalibrierung nachbehandelt. Da die Einschnitttiefen zwischen benachbarten Schneiden as Ventilteller und am Ventilsitz relativ groß sind und wegen der nur schmalen Konus-Spalte mit nur schwachen Drehstählen gearbeitet werden kann, ist die Herstellung derartiger Ventilteller und Ventilsitze im allgemeinen recht kompliziert. Hinzu kommt, daß die MaSe des derart hergestellten Verschlußkörpers hinsichtlich Konizität , Schneidentiefe und Schneidenabstand innerhalb geringer Toleranzen eingehalten werden müssen. Auch wenn die Toleranzen nicht allzu eng sein müssen, da bei entsprechender Ausgestaltung von Ventilteller und Ventilsitz beim Schließen eine Selbstzentrierung erfolgt, ist diese Art der Herstellung doch recht aufwendig.

Ein Kriterium für die Fertigungsgenauigkeit liegt darin, daß beim Schließen des Labyrinth ventile Ventilteller und Ventilsitz mit ihren zugeordneten Schneiden entweder nahezu gleichzeitig in Kontakt kommen oder sich in einem Schereffekt , dem sogenannten "ziehenden Schnitt" beim Schließen aneinanderlegen (DE-PS 20 08 765, Spalte 4, Zeilen 51 ff).

Es ist vorgeschlagen, worden, den Ventilteller und Ventilsitz derartiger Konus-Labyrinthventile im Bereich der Schneiden aus einzelnen Ringelementen zusammenzusetzen. Zwar brauchen hierbei die Schneiden der Verschlußkörper nicht mehr aus dem Vollen gefräst zu werden ; es erhöht sich jedoch die Schwierigkeit, die Ringelemente in ihrer Lage zueinander so zu positionieren, d.h. zu bestimmen, daß die oben erwähnten Eigenschaften bzw. Toleranzen beim Schließen des Ventils eingehalten werden. Insbesondere bei kleinen Dimensionen der Verschlußkörper sind hierzu

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exakte Meßinstrumente notwendig, wobei es dann noch teilweise unausbleiblich ist, die Schneiden hinsichtlich des Konus-Winkels bzw. der Schneidentiefe nachzuarbeiten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verschlußkörper für ein Konus-Labyrinthventil sowie ein Verfahren und eine Einrichtung zu dessen Herstellung anzugeben, wobei die Herstellung des Verschlußkörpers insbesondere hinsichtlich der Fertigungsgenauigkeit und der Fertigungskosten verbessert werden soll.

Diese Aufgabe ist durch die in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Merkmale gelöst.

Gemäß der Erfindung wird demnach ein Verechlußkörper, wie ein Ventilteller oder ein Ventilsitz eines Konus-Labyrinthventils aus mehreren konzentrischen und jeweils aneinanderliegenden Ringelementen aufgebaut, die mit einer Schneide entsprechender Gestalt versehen und in geeigneter Weise oberflächenbehandelt sind. Die Ringelemente mit den Schneiden werden in ihrer Lage zueinander mittels eines Bezugskörpers positioniert, d.h. bestimmt, welcher seinerseits Bezugsschneiden aufweist, die bei aufgesetzten Ringelementen gegen die Schneiden der Ringelemente gerichtet sind. Die Bezugsschneiden des Bezugskörpers haben Anlagekanten, mit denen sichergestellt ist, daß die daran anliegenden Schneiden der Ringelemente so positioniert sind, daB die Schneiden der Ringelemente im Ventil mit den zugeordneten Schneiden des Gegenverschlußkörpers, d.h. des Ventiltellers bzw. des Ventilsitzes, an den gewünschten Punkten bzw. Linien in Xontakt kommen. Eine umständliche Vermessung bei der Bestimmung der Schneiden des Verschlußkörpers oder gar eine Nachbearbeitung der Schneiden wird auf diese Weise vermieden, da die Ringelemente auf dem Bezugskörper mit genauer Schneidenhöhe bei bestimmten Durchmessern ausgerichtet und festgehalten sind. Anschließend werden die Ringelemente - eventuell nach Punktheftung - miteinander ver-

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bund«n, z.B. durch Hartlöten, Diffusions-Arcatoa-, Elektronenstrahl- oder Laserstrahlschweißen, leim Hartlöten und Diffusionsschweißen werden flächenartige Verbindungen an den Zylinderabschnitten der Ringelemente geschaffen; beim Arcatom-Verfahren und der Laserstrahlschweißung werden nur%en Schneiden gegenüberliegenden oberen Stirnflächen miteinander verbunden. Bevorzugt werden jedoch die Ringelemente radial» d.h. senkrecht zu ihrer Zylinderachse elektronenstrahlverschweißt, so daß das gesamte Paket aus den Ringelementen in radialer Richtung von den Elektronenstrahl durchdrungen wird und diese Elemente an den Schweißstellen miteinander verschmelzen.

Die fertiggestellten Ringelementpakete werden anschließend zu einem Ventilteller bzw. Ventilsitz komplettiert, so daß sie in das Labyrinthventil eingesetzt werden können.

Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert ist. In der Zeichnung stellen dar:

Figur 1 einen schematischen'Querschnitt durch ein Konus-Labyrinthventil, dessen Ventilteller und Ventilsitz aus Ringelementen gemäß der Erfindung ausgebildet sind;

Figur 2 eine teilweise geschnittene Ansicht eines auf einen Bezugskörper aufgesetzten Ringelementepaketes für einen Ventilteller;

Figur 3 eine Aufsicht auf die Anordnung in Figur 2.

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Ein Konus-Labyrinthventil 1 weist ein Ventilgehäuse 2 mit einer Ventilkarnmer 3 sowie einem Einlaß 4 und einem Auslaß 5 auf. In der Ventilkammer 3 ist in der Gegend der Einmündung des Einlasses um diesen herum ein Ventilsitz 6 und diesem gegenüber ein Ventilteller 7 angeordnet, der in Richtung auf den Ventilsitz bis zur Anlage mittels einer Ventiltellerstange verschoben werden kann, wodurch der Einlaß 4 gegen den Auslaß 5 abgesperrt wird.

Ventilsitz und Ventilteller weisen jeweils mehrere konzentrische und aneinander anliegende Ringelemente 9 auf, die an einer ihrer Schmalseiten mit Schneiden 10 versehen sind. Die Ringelemente bestehen aus einem geeigneten Metall; die Form der Schneiden ist je nach dem Anwendungsfall unterschiedlich (vgl. DE-PS 20 08 765).

Die Ringelemente 9 der VerschlußkörperVentilteller bzw. Ventilsitz werden aus einzelnen Rohrstücken hergestellt, wobei die Schneiden auf einer Drehbank gefräst werden. Danach können die Schneiden der Ringelemente noch oberflächenbehandelt, z.B. galvanisiert, gehärtet und poliert werden.

Im Falle des in Figur 1 dargestellten Konus-Labyrinthventiles 1 ist für den Ventilsitz 6 bzw. den Ventilteller 7 jeweils ein Paket aus drei Ringelementen 9 vorgesehen. Die Ringelemente jedes Verschlußkörpers 6 bzw. 7 weisen jeweils gleiche Schneidenform auf, wie dies für den Ventilteller in Figur 2 dargestellt ist; jedoch sind auch unterschiedliche Schneidenformen möglich.

Zur Montage des Ringelementpaketes werden die Ringelemente auf einen Bezugskörper 11 aufgesetzt. Dieser Bezugekörper weist eine Grundplatte 12 auf, die eine Mittelaäule 13 trägt. Der Außendurchmesser der Mitteleäule 13 ist gleich dem Innendurchmesser des kleinsten Ringelementes 9. des in Figur 2 dargestellten Ventiltellers, so daß die Mittelsäule 13 an der Zylinder-

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innenflache des Ringelementes 9. anliegt, wenn dieses auf den Bezugskörper 11 aufgesetzt ist. Außen an dem Ringelement 9 liegt das mittlere Ringelement 92 und an diesem das äußere Ringelement 9-. an.

Auf der Oberseite der Grundplatte 12 des Bezugskörpers 11 sind ringförmige Bezugaschneiden 14 mit Anlagekanten 15 vorgesehen. Die Bezugsschneiden 14 sind den Kanten der Schneiden 10 der Ringelemente 9 entgegemgerichtet. Die Bezugsschneiden 14 haben einen rechteckigen Querschnitt, sind entweder aus der Grundplatte des Bezugskörpers herausgefräst oder jeweils Teil eines Bezugsringelementes 16 des Bezugskörpers , wie dieses in Figur 2 gestrichelt dargestellt ist. Im letzteren Falle sind die Bezugsringelemente 16 ähnlich wie die Ringelemente 9 des Ventiltellers bzw. des Ventilsitzes hergestellt und mit dem Bezugskörper verschweißt.

Die Lage der Anlagekanten 15 der Bezugsschneiden 14 des Bezugskörpers 11 ist sehr genau und so eingerichtet, daß die Anlagepunkte der Schneiden der Ventilteller-Ringelemente längs der Anlagekanten 15 den Anlagepunkten zwischen den Schneiden des Ventiltellers und denjenigen dee Ventilsitzes beim Schließen des Ventiles entsprechen.

Wenn die Ringelemente 9.., 9- und 9₃ auf den Bezugskörper 11 aufgesetzt sind, werden sie mit einer Spannvorrichtung 17 mit ihren Schneiden 10 gegen die Anlagekanten 15 der Bezugsschneiden 14 gedrückt. Die Spannvorrichtung 17 weist mehrere Federstahlbügel 18 auf, die von einer gemeinsamen Mittelplatte 19 ausgehen. Die Mittelplatte 19 ist auf die Mittelsäule 13 aufgelegt und gegen diese mit einer Spannschraube gepreßt. Jeder Fc.deretahlbügel 18 iet an seine« der Mittelplatte 19 entgegengesetzten Ende nach unten gebogen und liegt dort auf einem der Ringelemente 9 auf. Für jedes Ringelement sind z.B. drei Federetahlbügel vorgesehen. Unabhängig von der

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durch die Herstellung der Schneiden 10 unterschiedlichen Höhen der Ringelemente 9 werden die Ringelemente durch die Federstahlbügel 18 mit gleicher Kraft mit ihren Schneiden 10 leicht auf die Bezugsschneiden 14 gedrückt und dort gehalten.

Die Ringelemente 9 werden an ihrer Oberseite an mehreren Punkten durch Punktschweißungen 21 miteinander verbunden. Erst danach werden sie mit einem Elektronenstrahlachweißgerät 22 endgültig miteinander verschweißt. Dieses Elektronenstrahlschweißgerät 22 produziert einen Elektronenstrahl 23, der etwa in der Mitte der zylindrischen Teile der Ringelemente radial auf diese gerichtet wird und die Ringelenente radial durchdringt. Entweder werden die Ringelemente durch radiale Stichschweißnähte 24 an mehreren Stellen miteinander verbunden. Es ist auch möglich, die Radialschweißnaht um den gesamten Umfang der Ringelemente zu führen. In der Höhe der Radialschweißnaht 24 ist in der Mittelsäule 13 eine Ausnehmung 25 vorgesehen, damit die Mittelsäule nicht mit den Ringelementen verschweißt wird.

Nach dem Verschweißen kann das aus den drei Ringelementen 9-, 92 und 9, bestehende Ringelementpaket von dem Bezugskörper abgenommen und im Ventil eingebaut werden. Selbstverständlich ist es möglich, die Oberseite der Ringelemente abzuschleifen, bevor sie in das Ventil eingebaut werden. Daβ von dem Bezugskörper abgenommene und begradigte Ringeleeentpaket wird daraufhin mit der Ventiltellerstange 8 verbunden und dient als Teil des Ventilteller-Verschlußkörpers .

In ähnlicher Weise wird der Ventilsatz 6 aus Ringelementen hergestellt und danach in die Ventilkammer eingesetzt.

Ein Verschlußkörper kann gemäß der Erfindung sehr einfach hergestellt werden? er wird aus einzelnen, separat gefertigten Ringelementen zusammengesetzt, die jeweils mit einer Schneide ver-

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eehen und oberflächenbehandelt sind. Zum Bestimmen, d.h. zum Positionieren der Lage der einzelnen Ringelemente untereinander, ist ein einziger Bezugskörper erforderlich, durch den die Ringelemente immer in der richtigen Position justiert werden, so daß ein Vermessen der einaelnen Schneidenlagen nicht mehr notwendig ist. Die auf dem, Bezu^skörper von den Ringelementen eingenommene Lage wird auch durch das Elektronenstrahlschweißen nicht verändert, da hierdurch keine großen Teatperaturgradienten auftreten, die zum nachtraglichen Verziehen der Ringelemente führen könnten.

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Claims

Patent a'nsprüche

.j Verschlußkörper (Ventilteller und Ventilsitz) für ein Konus-Labyrinthventil IUr Regulierung und Absperrung von Flüssigkeiten und Gasen, wobei Ventilteller und Ventilsitz jeweils mindestens zwei als Ringkonen ausgebildete Schneiden aufweisen, die bei Annäherung des Ventiltellers an den Ventilsitz in labyrinthartigen Eingriff kommen, dadurch gekennzeichnet, daß Ventilteller (7) und Ventilsitz (6) aus jeweils mit Schneiden (10) versehenen konzentrischen Ringelementen (9) zusammengesetzt sind, die nach Bestimmung (Lagepositionierung untereinander) mit Hilfe eines Bezugskörpers (11) vorzugsweise mittels radialer Elektronenstrahlschweißung miteinander verbunden sind.
2. Verfahren zur Herstellung eines Verschlußkörpers (Ventilteller bzw. Ventilsitz) eines Konus-Labyrinthventils, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst konzentrische Ringelemente (9) jeweils mit einer Schneide (10) versehen, danach die konzentrischen Ringelemente für Ventilteller (7) bzw. Ventilsitz (6) 'aneinander anliegend ineinandergesetzt und in ihrer Lage zueinander durch Aufsetzen auf Bezugsschneiden (14) eines Bezugskörpers (11) bestimmt und schließlich nach der Be-

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stimmung miteinander/ vorzugsweise mittels radialer Elektronen strahlschweißung (22 bis 24) verbunden werden.
3. Einrichtung zur Herstellung von Verschlußkörpern (Ventilteller und Ventilsitz) eines Konus-Labyrinthventils aus einzelnen mit einer Schneide versehenen Ringelementen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bezugskörper (11) vorgesehen ist, auf den die Ringelemente (9) des Verschlußkörpers (6, 7) teleskopartig aneinander liegend mit ihren Schneiden (10) aufsetzbar sind und der den Schneiden der Ringelemente entgegengerichtete Bezugsschneiden (14) mit Anlagekanten (15) aufweist, und daß mit dem Bezugskörper eine Spannvorrichtung verbunden ist, die die aufgesetzten einzelnen Ringelemente

. mit ihren Schneiden auf den Bezugsschneiden hält und gegen diese drückt.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung, vorzugsweise ein Elektronenschweißgerät (22) zum Verbinden der auf den Bezugskörper (11 ) aufgesetzten und gehaltenen Ringeleroente (9) vorgesehen ist.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Bezugskörper (11) eine Mittelsäule (13) mit einem dem Innendurchmesser des kleinsten Ringelementes O₁) entsprechenden Durchmesser aufweist, und daß mit dem oberen Ende der Mitteisäule die Spannvorrichtung (17) zum Halten und Andrücken der Ringelemente (9) gegen die Bezugsschneiden (14) des Bezugskörpers (11) verbunden ist.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannvorrichtung (17) mehrere Federstahlbügel (18) aufweist, mit denen die Ringelemente (9) des Verschlußkörpers (6, 7) gegen die Bezugsschneiden (14) des Bezugskörpers (11) andrückbar sind.

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7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6_h dadurch gekennzeichnet, daß der Bezugskörper (11) in Bereich der Bezugsschneiden (14) aus jeweils eine Bezugsschneide aufweisenden, miteinander verbundenen Bezugsringelementen (16) aufgebaut ist.
8. Einrichtung nach eine» der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsschneiden (14) im Bereich ihrer Anlagekanten (15) einen, rechteckigen Querschnitt aufweisen.

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