DE102009016828B3

DE102009016828B3 - Verfahren zur Reparatur von abgenutzten Ventilspindeln

Info

Publication number: DE102009016828B3
Application number: DE200910016828
Authority: DE
Inventors: Holger Dr. Ing. Fellmann
Original assignee: Maerkisches Werk GmbH
Current assignee: Maerkisches Werk GmbH
Priority date: 2009-04-09
Filing date: 2009-04-09
Publication date: 2010-08-12
Anticipated expiration: 2029-04-10
Also published as: SG175121A1; EP2416923A1; WO2010115482A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reparatur von abgenutzten Ventilspindeln mit einem Ventilkörper (13) aus Eisen-Basislegierung und einen Hüllkörper (9) bildenden Hüllenabschnitten im Bereich des Ventiltellers (1) aus Ni-Basislegierung, wenigstens im Bereich des Tellerbodens (7) und des Tellerumfangs (8), sowie mit einer Panzerung im Sitzbereich (4), wobei die Hüllenabschnitte vollständig auf eine Ausgangsform (11) des Ventiltellers (1) abgedreht werden, bis ein bestimmtes Mindestmaß des Ventiltellers (1) mit metallisch blanker Oberfläche erreicht ist, die Ausgangsform (11) mittels einer austenitischen Stahllegierung unter Ausbildung einer ersten Tellerform aufgeschweißt wird, die erste Tellerform abgedreht wird, bis eine bestimmte Innenform (10) des Ventiltellers (1) erreicht ist, die Innenform (10) mittels einer Ni-Basislegierung zur Ausbildung einer zweiten Tellerform aufgeschweißt wird und die zweite Tellerform abgedreht wird, bis eine bestimmte Endform (12) des Ventiltellers (1) erreicht ist, derart, dass die Dicke des Hüllkörpers mindestens 2,5 mm beträgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reparatur von abgenutzten Ventilspindeln mit einem Ventilkörper aus Eisen-Basislegierung und einen Hüllkörper bildenden Hüllenabschnitten im Bereich des Ventiltellers aus Ni-Basislegierung, wenigstens im Bereich des Tellerbodens und des Tellerumfangs sowie mit einer Panzerung im Sitzbereich.
Mehrere metallische Komponenten aufweisende Ventilspindeln, auf welche das vorliegende Reparaturverfahren ausgerichtet ist, sind in zahlreichen Ausführungsformen bekannt ( EP 0521821 B1 , DE 10 2007 031 927 A1 , DE 19508069 C1 , DE 689211 A ).
Derartige Ventile werden beispielsweise in Großmotoren von Schiffen sowie in Zweitakt- und Viertaktgroßmotoren zur Erzeugung elektrischer Energie in großer Zahl eingesetzt.
Abgenutzte Ventile solcher Motoren werden entweder für den Wiedereinsatz nach in der Fachwelt allgemein bekannten Regeln aufgearbeitet oder, wenn die Abnutzung weit fortgeschritten ist, entsorgt.
Die für die Aufarbeitung vorgesehenen Ventile werden dabei individuell bearbeitet, d. h. es wird der Grad der Abnutzung festgestellt; danach wird im Bereich des Ventiltellers der ursprünglich vorhandene Hüllkörper durch Aufschweißen wiederhergestellt. Da die Ausgangsformen vor dem Aufschweißen nicht definiert sind, ergeben sich gelegentlich starke Abweichungen in der Hüll körperdicke, was im Laufe des weiteren Betriebs zu Qualitätseinbußen führen kann. Beispielsweise kann es im Bereich des Tellerumfangs zu Risserscheinungen kommen, wenn dort die Hüllendicke unrichtig bemessen ist, insbesondere wenn sie zu stark ausfällt. Im Bereich des Tellerbodens, wo je nach Ventilgröße die Hüllkörperdicke stärker bemessen sein kann, sind Standzeiteinbußen ge legentlich dann zu beobachten, wenn mit Rücksicht auf die Ventilendform die Dicke des fertigen Hüllkörpers gering bemessen werden musste.
Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aufgezeigten Nachteile zu vermeiden, die Aufarbeitung von Ventilen auch noch bei starken Abnutzungserscheinungen zu ermöglichen und den Hüllekörper so zu bemessen, dass sich ausreichend lange Ventilstandzeiten ergeben.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gemäß dem Kennzeichen von Anspruch 1 gelöst.
Dadurch dass gemäß Merkmal 1.1 das abgenutzte Ventil im Bereich des Ventilkörpers auf ein Mindestmaß abgedreht wird, um anschließend gemäß Merkmal 1.2 mittels einer austenitischen Stahllegierung wieder durch Aufschweißen in eine geeignete erste Tellerform aufgebaut zu werden, entsteht wieder ein Ventilkörper hinreichender Stärke aus einer kostengünstigen Eisenlegierung.
Dadurch dass nach Merkmal 1.3 die durch Aufschweißen gebildete erste Tellerform bis zu einer bestimmten Innenform des Ventiltellers wieder abgedreht wird, ergibt sich eine für alle vergleichbaren Ventile stets gleiche Grundform als Innenform. Dies ist eine wichtige Voraussetzung dafür, dass durch das anschließende Aufschweißen des Hüllkörpers aus einer Ni-Basislegierung (Merkmal 1.4) deren sparsamer Einsatz gewährleistet ist und dass dabei gemäß Merkmal 1.5 eine kontrollierte Hüllkörperdicke in allen Bereichen des Ventiltellers erzielt werden kann. Dabei ist einerseits von Bedeutung, dass die teure Ni-Basislegierung so sparsam wie möglich eingesetzt werden kann; andererseits besteht die Möglichkeit, dass die Hüllkörperdicke den Beanspruchungen entsprechend dimensioniert werden kann, wobei zu unterscheiden ist zwischen dem Bereich des Tellerbodens, des Tellerumfangs und des Ventilsitzes.
Was die Dimensionierung des Hüllkörpers betrifft, so hat sich eine Ni-Basisschicht von mindestens 2,5 mm als zweckmäßig erwiesen, insbesondere im Umfangsbereich anschließend an den Tellerboden. Durch einen derartig dimensionierten Hüllkörper werden dabei Risse weitgehend vermieden. Hingegen sind größere Hüllendicken im Bereich des eigentlichen Tellerbodens zweckmäßig. Längere Standzeiten der Ventile erreicht man dort mit Hüllendicken von 6–12 mm, je nach Ventilgröße.
Nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Hüllkörper im Sitzbereich mit einer Nut versehen wird, in welche eine Panzerung aus einer Co-Basislegierung durch Aufschweißen eingebracht wird. Hier besteht die Möglichkeit, dass die Co-Basislegierung mit geringer Sitzbreite verwirklicht werden kann, so dass dieser teure Werkstoff, bevorzugt der unter der Bezeichnung ”Stellite” vertriebenen Art, sparsam und doch effektiv eingesetzt werden kann.
Als geeignete Ni-Basislegierung kommen die bei Ventilspindeln verbreiteten, im Handel unter den Bezeichnungen Inconel 625 und Inconel 718 erhältlichen Ventilwerkstoffe als geeignete Schweißzusatzwerkstoffe in Frage. Der zentrale Ventilkörper selbst besteht bevorzugt aus X45CrN1Wl8.9, welcher auch unter der Bezeichnungen SNCRW erhältlich ist, oder aus einer entsprechenden austenitischen Eisen-Basislegierung, welche im Handel z. B. unter der Bezeichnung Typ 316 oder 3162 (2 CrNiMo 1912) als zum Aufschweißen geeignete Eisen-Basislegierung zur Verfügung steht.
Dadurch dass im Rahmen der erfindungsgemäßen Lehre die Ausgangsformen für die beiden Beschichtungsvorgänge jeweils durch kontrolliertes Abdrehen einerseits auf eine Ausgangsform mit einem Mindestmaß des Ventiltellers, andererseits auf eine Innenform vor dem Aufschweißen des Hüllenwerkstoffs präzise bemessen werden können, ist die Dicke des jeweils aufzuschweißenden Materials genau einstellbar und ermöglicht danach eine präzise Bearbeitung durch Abdrehen für die jeweils nächste Bearbeitungsstufe. Das Ergebnis ist ein wiederaufgearbeitetes Ventil mit stets gleicher Innenform des zentralen Ventilkörpers und im Rahmen der jeweiligen Ventilgröße stets gleicher Endform bei genauer Einhaltung der Hüllkörperdicke in dem jeweiligen Abschnitt des Ventiltellers.
Die Bearbeitungsschritte im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglichen nicht nur einen sparsamen Einsatz der teuren Werkstoffe, insbesondere des Hüllkörperwerkstoffs aus Ni-Basislegierung; es wird dadurch auch jene Hüllkörperdicke wiederholbar gewährleistet, welche einer optimalen Hüllkörperdicke entspricht. Die aufzuarbeitenden Ventile können auf diese Weise industriell stets in der gleichen Weise bearbeitet werden, so dass ein technisch höchst zuverlässiges Endprodukt hoher Qualität entsteht.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt
1 die Ansicht eines Ventiltellers mit umlaufen den Sitzbereich und
2 einen Axialschnitt innerhalb eines Ausschnitts II der 1
1 zeigt einen Ventilteller 1 mit bei 2 abgeschnittenem Ventilschaft mit Längsachse 3. An den Tellerboden des Ventiltellers 1 schließt sich der konische Sitzbereich 4 des Ventiltellers an. An den Sitzbereich 4 des Ventiltellers schließt sich nach oben hin dessen Ventilhohlkehle 5 mit einem kleinen Absatz 6 zum Sitzbereich 4 hin an.
2 zeigt einen Axialschnitt durch den Ventilteller durch dessen Sitzbereich 4 und durchgehend bis zum Tellerboden 7. Tellerboden 7 und Sitzbereich 4 bilden zusammen mit einem üblicherweise als Tellerumfang 8 bezeichneten Verbindungsbereich am Außenumfang des Ventiltellers 1 dessen Hüllkörper 9. Der Hüllkörper 9 des Ventiltellers 1 umgibt eine Innenform 10 des Ventiltellers 1. Diese entsteht beim Aufarbeiten eines abgenutzten Ventils, welches bei Beginn seiner Aufarbeitung im Bereich des Ventiltellers bis auf eine Ausgangsform 11 abgedreht wurde. Auf diese Ausgangsform 11 wird eine austenitische Eisen-Basislegierung aufgeschweißt, die durch nachfolgendes Abdrehen der Innenform 10 des Ventiltellers 1 entspricht. Erst danach wird der Hüllkörper 9 aus einer Ni-Basislegierung aufgeschweißt.
Der Ventilteller 1 umfasst somit den ursprünglichen Ventilkörper 13 aus einer Eisenlegierung, eine durch Aufschweißen erzeugte Schicht 14 aus einer austenitischen Eisen-Basislegierung und den durch Aufschweißen erzeugten Hüllkörper 9 aus einer Ni-Basislegierung.
Der vorstehend erläuterte Schichtaufbau entsteht jeweils durch Abdrehen unter Erzeugung einer Ausgangsform 11, einer Innenform 10 und einer Endform 12. Somit wird eine präzise Dimensionierung jeder einzelnen Schicht verwirklicht. Als Ergebnis des Reparaturverfahrens wird ein Ventilteller geschaffen, der höchsten Ansprüchen derartiger Bimetall-Ventilspindeln entspricht. Dessen Hüllkörper 9 erfüllt alle Anforderungen hinsichtlich Standzeit, Temperatur- und Korrosionsbeständigkeit insbesondere auch für Auslassventile.
Innerhalb des Sitzbereichs 4 mit der Sitzfläche 15 ist im Hüllkörper 9 eine Nut 16 eingezeichnet, welche bei der Herstellung des Hüllkörpers 9 für eine Ventilvariante eingeformt wird. Diese Ventilvariante besteht darin, dass in die Nut 16 ein besonderer Sitzwerkstoff, bevorzugt aus einer Co-Basislegierung durch Aufschweißen eingebracht wird, um Festigkeit sowie Verschleiß- und Korrosionseigenschaften des Sitzbereichs 4 noch weiter zu erhöhen. Eine geeignete Co-Basislegierung ist der unter dem Markennamen Stellite bekannte Ventilwerkstoff, der hinsichtlich seiner Standzeit die üblicherweise verwendeten Ventilwerkstoffe aus Ni-Basislegierungen noch übertrifft.

Claims

Verfahren zur Reparatur von abgenutzten Ventilspindeln mit einem Ventilkörper (13) aus Eisen-Basislegierung und einen Hüllkörper (9) bildenden Hüllenabschnitten im Bereich des Ventiltellers (1) aus Ni-Basislegierung, wenigstens im Bereich des Tellerbodens (7) und des Tellerumfangs (8), sowie mit einer Panzerung im Sitzbereich (4), dadurch gekennzeichnet, 1.1 dass die Hüllenabschnitte vollständig auf eine Ausgangsform (11) des Ventiltellers (1) abgedreht werden, bis ein bestimmtes Mindestmaß des Ventiltellers (1) mit metallisch blanker Oberfläche erreicht ist; 1.2 dass die Ausgangsform (11) mittels einer austenitischen Stahllegierung unter Ausbildung einer ersten Tellerform aufgeschweißt wird; 1.3 dass die erste Tellerform abgedreht wird, bis eine bestimmte Innenform (10) des Ventiltellers (1) erreicht ist; 1.4 dass die Innenform (10) mittels einer Ni-Basislegierung zur Ausbildung einer zweiten Tellerform aufgeschweißt wird und 1.5 dass die zweite Tellerform abgedreht wird, bis eine bestimmte Endform (12) des Ventiltellers (1) erreicht ist, derart, dass die Dicke des Hüllkörpers mindestens 2,5 mm beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Abdrehen der zweiten Tellerform im Sitzbereich (4) des Hüllkörpers (9) eine Nut (16) ausgedreht wird, in welche eine Panzerung (15) aus einer Co-Basislegierung durch Auftragsschweißen eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Hüllkörpers (9) im Umfangsbereich bis zu 5 mm beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Tellerbodens (7) je nach Ventilgröße 6 mm bis 12 mm beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (13) aus einem Ventilwerkstoff X 45 CrNi W189 oder des Typs SNCRW besteht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine austenitische Eisen-Basislegierung des Typs 316 oder 316Lzum Aufschweißen der Ausgangsform (11) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Panzerung (15) eine Co-Basislegierung des Typs Stellite verwendet wird.