Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Ventilgehäuses mit einem metallischen Ventilkörper.

Metallische Ventilkörper werden bisher überwiegend durch Gießen von Stahl oder Aluminium sowie durch Pressen von Messing oder Schmieden von Ventilrohlingen aus Stahl herge¬ stellt, die spanend weiterbearbeitet werden. Bei gegossenen Ventilrohlingen ist die Homogenität des Metallgefüges unbe¬ friedigend. Das Material neigt zur Karbidausscheidung, in¬ terkristallinen Korrosion, Lunkerbildung, Einschlüssen und anderen Gefügefehlern. Derartige Fehler können zur Kontami¬ nierung von Prozeßleitungen, Undichtheit des Ventils oder zu seiner Zerstörung durch Korrosion führen. Überdies ist das Schweißverhalten von derartigen Ventilkörpern unbefriedi¬ gend. Bei durch Pressen von Messing oder Schmieden von Stahl hergestellten Ventilkörpern werden diese Mängel weitgehend vermieden, jedoch sind Schmiedeverfahren sehr aufwendig, da der gesamte Innenraum des Ventilkörpers mit spanenden Ver¬ fahren herausgearbeitet werden muß.

Aus der US-Patentschrift 3 300 844 ist es bereits bekannt, ein metallisches Ventilgehäuse durch Umformen eines zylin¬ drischen Rohrabschnitts in einer Prägeform herzustellen. Die Umformung geschieht jedoch in mehreren Schritten und kann nicht kalt erfolgen. Sie erfordert das Einführen von Gegen¬ stempeln in das Innere des Rohrabschnitts zur Ausbildung von konkaven Wölbungen. Auch dieses bekannte Verfahren ist auf¬ wendig.

Durch die Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Ventilgehäuses mit metallischem Ventilkörper zur Verfügung gestellt, das mit einem Bruchteil des Aufwandes herkömm¬ licher Schmiede- oder Umformverfahren ausgeführt werden kann und Ventilkörper hervorbringt, die frei von den Mängeln der mit Gießverfahren hergestellten Ventilkörper sind und darüber hinaus einen minimalen Materialeinsatz erfordern.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Ventilgehäuses mit einem metallischen Ventilkörper wird ein zylindrischer Rohrabschnitt, der mit einem Füllmaterial aus¬ gefüllt ist und an seinen Enden durch Verschlußstempel ver¬ schlossen ist, in eine Preßform eingebracht und in der Pre߬ form mittels eines Stempels verformt, der quer zur Achse des Rohrabschnitts von außen einwirkt und im Inneren des Rohrab¬ schnitts den zur Umformung erforderlichen Druck erzeugt, welcher durch das Füllmaterial auf die Innenwandung des Rohrabschnitts übertragen wird, wobei die Enden des Rohrab¬ schnitts als rohrförmige Anschlußstutzen erhalten bleiben und der zwischen den Enden gelegene Mittelabschnitt auf einer Seite des Rohrabschnitts, die dem Boden des Ventil¬ körpers entspricht, unter Ausbildung einer konkaven Wölbung einwärts gedrückt wird, während auf der gegenüberliegenden Seite des Rohrabschnitts eine Gegenfläche der Preßform eine Abflachung der Wandung des Rohrabschnitts ausbildet, so daß gegenüber der Abflachung zwei Fluid-Leitflächen gebildet werden, die ausgehend von der durch die Anschlußstutzen definierten Axialrichtung axial einwärts und zugleich in Richtung zu der Abflachung hin orientiert sind sowie in einem gemeinsamen, der Abflachung gegenüberliegenden Steg zusammenlaufen; nach Entfernen des Füllmaterials wird in dem der Abflachung entsprechenden Teil der verformten Wandung des Rohrabschnitts gegenüber dem Steg wenigstens ein Durch¬ bruch angebracht, wobei der den Durchbruch umgebende ver¬ bleibende Teil der Abflachung eine Anschlußfläche bildet und die durch die Fluid-Leitflächen gebildeten Strömungswege in den Durchbruch münden.

Metallrohre in geeigneter Qualität und Materialzusammenset¬ zung stehen für alle denkbaren Anwendungsfälle von Ventilen zur Verfügung. Die Verformung eines Rohrabschnitts durch Druckeinwirkung von außen hat keinen nachteiligen Einfluß auf die Materialbeschaffenheit. Eine spanende Nachbearbei¬ tung ist überflüssig. Die Wandstärke des Ventilkörpers ist nirgends größer als notwendig, so daß Gewicht und Material eingespart werden. Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Ventilkörper haben ähnliche Vorzüge wie die, welche mittels herkömmlicher Schmiedeverfahren hergestellt werden, jedoch betragen die Herstellungskosten nur einen kleinen Bruchteil derjenigen bei Anwendung von Schmiedever¬ fahren.

Es wurde auch bereits vorgeschlagen, rohrförmige Ventil¬ rohlinge durch Anwendung von extrem hohen, hydrostatischen Innendrücken zu Ventilkörpern umzuformen. Diese Umformungs¬ verfahren erfordern jedoch den Einsatz von sehr aufwendigen Maschinen, die einen Innendruck von mehr als 800 bar erzeu¬ gen, bei dem das Material zu fließen beginnt. Zum Ausformen enger Konturen sind noch weit höhere Drücke erforderlich.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird hingegen die Wan¬ dung des Rohrabschnitts lediglich verbogen und, in gewissen Grenzen, gedehnt. Dies erfolgt durch Einwirkung einer äuße¬ ren Kraft, die das Rohr verformt, und einen dabei entste¬ henden hydraulischen Innendruck, der die gegenüberliegende Wandung des Rohres an eine Außenform anpaßt.

Für die Durchführung des Verfahrens hat es sich als vorteil¬ haft erwiesen, den Rohrabschnitt vor seiner Verformung mit einem Füllmaterial vollständig auszufüllen, das nach Be¬ endigung der Verformung wieder entfernt wird. Während der Verformung wird der Rohrabschnitt an seinen Enden durch ein¬ geführte Verschlußstempel geschlossen gehalten, um das Füll¬ material am Austreten zu hindern. Ein besonders geeignetes Füllmaterial ist Sand; noch bessere Ergebnisse werden mit plastischem Material wie Wachs, insbesondere Stearin, oder

mit einer elastischen Masse wie Gummi oder Elastomer er¬ zielt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Un¬ teransprüchen angegeben.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und aus der Zeichnung, auf die Bezug genommen wird. In der Zeichnung zeigen:

Figur 1 schematisch einen aus einem Rohrabschnitt beste¬ henden, an seinen Enden durch formschlüssig einge¬ setzte Verschlußstempel verschlossen gehaltenen Rohling zwischen einer Preßform und einem Stempel;

Figur la eine Variante der in Figur 1 gezeigten Anordnung;

Figur 2 schematisch einen zu einem Rohling verformten Rohrabschnitt in axialer Schnittansicht;

Figur 3 den Rohling in Draufsicht;

Figur 4 den Rohling nach Abtrennung eines kreisscheiben¬ förmigen Wandungsteils im axialen Schnitt;

Figur 5 den Rohling, von Figur 4 in Draufsicht;

Figur 6 eine geschnittene Perspektivansicht eines fertigen metallischen Ventilkörpers;

Figur 7 einen axialen Schnitt durch ein unter Verwendung des Ventilkörpers hergestelltes Durchgangs- Membranventil;

Figur 8 eine Variante des Rohlings, die für ein Sitzventil bestimmt ist;

Figur 9 eine schematische Schnittansicht eines Sitzventils mit einem an diese Ventilform angepaßten Ventil¬ körper;

Figur 10 einen Schnitt entlang Linie X-X in Figur 9;

Figur 11 eine Draufsicht auf den Boden des Ventilkörpers; und

Figur 12 einen Teilschnitt einer Variante des Sitzventils.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Rohrabschnitt 10 aus einem geeigneten metallischen Material zunächst mit einem Füllmaterial 12 wie Sand oder Wachs vollständig aus¬ gefüllt. Der Rohrabschnitt 10 wird dann in eine Preßform eingebracht, die aus einer Matrize 14 und einem Stempel 15 besteht. Durch zwei formschlüssig in die Enden des Rohrab¬ schnitts 10 eingeführte Verschlußstempel 13a, 13b wird das Füllmaterial am Austreten gehindert. Die Matrize 14 weist bei der gezeigten Ausführungsform eine kreisrunde Einsenkung 14a mit einem flachen Boden auf. In Gegenüberläge zu dieser Einsenkung 14a weist der Stempel 15 einen Höcker 15a auf. Der Stempel 15 wird in der durch einen Pfeil in Figur 1 an¬ gegebenen Richtung gegen den Rohrabschnitt 10 gedrückt, der in der Matrize 14 abgestützt wird. Der Höcker 15a drückt den zwischen den Enden des Rohrabschnitts gelegenen Mittelab¬ schnitt seiner Wandung einwärts bis in die Nähe der gegen¬ überliegenden Innenfläche des Rohrabschnitts. Zugleich wird der dem Höcker 15a gegenüberliegende Wandungsteil des Rohr¬ abschnitts 10 in die Einsenkung 14a der Matrize 14 hineinge¬ drückt. Das Ergebnis dieser Verformung des Rohrabschnitts 10 zeigt Figur 2. Der entstandene Rohling weist zunächst an seinen Enden zwei rohrförmig verbliebene Anschlußstutzen 10a, 10b und dazwischen einen Mittelabschnitt 10c auf, der den eigentlichen Ventilkörper bildet. Er besteht aus einem höckerförmig einwärts verformten Wandungsabschnitt, der innenseitig zwei Fluid-Leitflächen 16, 18 aufweist, und einer gegenüberliegenden Abflachung 20, die kreisscheiben-

för ig ist und aus der Mantelfläche des Rohrabschnitts 10 nach außen vorspringt, wobei ein Ringbund 22 gebildet wird. Die Fluid-Leitflächen 16, 18 laufen gegenüber der Abflachung 20 in einem gemeinsamen Steg 24 zusammen.

Wie in Figur 4 gezeigt, wird anschließend der Wandungsteil, welcher der kreisscheibenförmigen Abflachung 20 entspricht, abgetrennt, wobei der Ringbund 22 stehen bleibt. Dieser Ringbund 22 bildet nun die Berandung eines Durchbruchs 26, der in Draufsicht kreisrund ist. Er gibt den Blick auf den Steg 24 frei, der - wie in Figur 5 gezeigt - quer zur Achse des Rohrabschnitts 10 verläuft und an beiden Enden stetig in die Berandung des Durchbruchs 26 übergeht. Wie die Per¬ spektivansicht in Figur 6 erkennen läßt, ist der Steg 24 konkav gekrümmt, weist jedoch eine flache Dichtfläche 24a auf.

Zur Fertigstellung des metallischen Ventilkörpers wird eine rechteckige Flanschplatte 28, die eine dem Außendurchmesser des Ringbundes 22 entsprechende Öffnung aufweist, um den Ringbund 22 herum aufgesetzt und befestigt, insbesondere durch Schweißnähte 30.

Der so fertiggestellte Ventilkörper eignet sich zur Ver¬ wirklichung eines Durchgangs-Membranventils der in Figur 7 gezeigten Art. Zwischen der Flanschplatte 28 und dem Gehäuse 32 eines nur teilweise gezeigten, herkömmlichen Ventilan¬ triebs 34 ist eine Membran 36 eingespannt, an der ein Betä¬ tigungsstößel 38 des Ventilantriebs 34 über ein Kopplungs¬ teil 40 angreift. Bei dem in Figur 7 gezeigten Schließzu¬ stand wird die Membran in Dichtanlage an dem Steg 24 gehal¬ ten. In diesem Zustand ist der Ventilantrieb 34 aktiviert. Bei deaktiviertem Ventilantrieb 34 hebt sich die Membran 36 von dem Steg 24 ab; das Ventil befindet sich dann in seiner Öffnungsstellung.

Ein Durchgangs-Membranventil dieser Bauart eignet sich auch für verschmutzte Medien, benötigt jedoch eine hohe Antriebs¬ leistung.

Bei der in Figur la gezeigten Variante der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist der Stempel 15 zwischen zwei Formteilen 17a, 17b geführt, die ihn seitlich abstützen. Sitzventile benötigen eine weitaus geringere Antriebslei¬ stung, die durch Einsatz von Vorsteuerventilen weiter ver¬ mindert werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich auch zur Herstellung von Ventilkörpern für Sitzventile. Die Figur 8 zeigt einen Ventilkörper für ein Sitzventil. Bei diesem Ventilkörper ist der Steg 24 bis an die Innenseite der Abflachung 20 herangedrückt und dort zur Abdichtung bei 25 verschweißt. In der Abflachung 20 sind zwei Durchbrüche 42, 44 im Abstand voneinander angebracht.

Die Figuren 9 bis 12 zeigen ein Sitzventil mit einem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten metallischen Ventilkörper.

Bei dieser Ausführungsform wird prinzipiell in gleicher Weise wie in den Figuren l und 2 dargestellt verfahren; der den Boden des Ventilkörpers bildende Wandungsteil wird jedoch weiter eingedrückt, bis er an der gegenüberliegenden Abflachung 20 anstößt, und dort zur Abdichtung verschweißt. Ferner sind in der Abflachung 20 zwei getrennte, durch Boh¬ rungen gebildete Durchbrüche 42, 44 angeordnet. Die Fluid- Leitfläche 16 verläuft etwas steiler als bei der zuvor beschriebenen Ausführung, und die Fluid-Leitflache 18 weist ausgehend von dem Anschlußstutzen 10b zunächst einen steilen Anstieg, dann einen Wendepunkt und einen flacheren Abschnitt sowie abschließend wieder einen steilen Anstieg auf.

Eine rechteckige Ventilplatte 50 ist gegen die den Fluid- Leitflächen 16, 18 gegenüberliegende, einen Anschlußflansch bildende Abflachung 20 des Ventilkörpers angesetzt. Sie ist mit zwei Kanälen 52, 54 versehen, die mit den Durchbrüchen

42, 44 fluchten. Diese Kanäle 52, 54 sind jeweils von einem Dichtring umgeben. Der Kanal 52 mündet in einen Ringraum 56, der zwischen der Ventilplatte 50 und dem Gehäuse 58 eines an die Ventilplatte 50 angesetzten Ventilantriebs 60 gebildet ist. Der Ringraum 56 umgibt einen Dichtsitz 62, in den der sich verjüngende Kanal 54 mündet. Ein durch den Ventilan¬ trieb 60 betätigter Schließkörper 64 wirkt mit dem Dichtsitz 62 zusammen.

Der gesamte Ventilkörper ist von einer Ummantelung 66 umge¬ ben, die auch die Ventilplatte 50 abdeckt.

Bei der in Figur 12 gezeigten Ausführungsvariante ist zwi¬ schen der Ventilplatte 50 und dem Ventilkörper, der in glei¬ cher Weise ausgebildet ist wie bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform, eine Zwischenplatte 70 eingefügt. Diese Zwischenplatte 70 ist mit zwei durchgehenden Kanälen 72, 74 versehen, die mit den Durchbrüchen 42, 44 fluchten und an die Kanäle 52, 54 der Ventilplatte 50 anschließen. Diese Zwischenplatte 70 eröffnet die Möglichkeit, Drosseln, Senso¬ ren wie Druck-, Durchfluß- und Temperatursensoren aufzuneh¬ men oder Schnittstellen zur Dosierung oder Probenentnahme anzubringen. Die Zwischenplatte 70 kann eingebaut oder ausgebaut werden, ohne den Ventilkörper aus einem Leitungs¬ system herauszunehmen. Bei herkömmlichen Bauformen von Ven¬ tilen ist hingegen der Dichtsitz im Inneren des Ventilkör¬ pers ausgebildet, so daß für den Einbau oder Ausbau von Sensoren und dergleichen der Ventilkörper aus dem Leitungs¬ system herausgetrennt werden muß.