DE102009022878B4

DE102009022878B4 - Mittels der Anwendung von Induktionserwärmung Entfernung von Ventilsitzring aus Zylinderkopf

Info

Publication number: DE102009022878B4
Application number: DE102009022878A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-05-27
Filing date: 2009-05-27
Publication date: 2012-07-05
Anticipated expiration: 2029-05-28
Also published as: DE102009022878A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung eines Ventilsitzringes bei Guss- und Aluminiumzylinderköpfen, mit folgenden Verfahrensschritten: – Erwärmen des Ventilsitzringes mittels einer Induktionsspule, wobei kurzfristig eine hohe Temperatur im Ventilsitzring erzeugt wird; – Abkühlen des Ventilsitzringes; – Entnahme des Ventilsitzringes aus dem Zylinderkopf.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von Ventilsitzringen aus Zylinderköpfen mittels einer Induktionserwärmung.
In der Verbrennungs-Motorenreparatur werden Ventilsitzringe in Zylinderköpfen ausgetauscht wenn diese verschlissen sind oder der Motor mit einer anderen Kraftstoffart betrieben werden soll. Diese Ventilsitzringe sind im Außendurchmesser 0,10 bis 0,15 mm größer als die Aufnahmebohrung im Zylinderkopf. Der Ventilsitzring hat somit einen Presssitz.
Werden heute Ventilsitzringe ausgetauscht erfolgt dies in dem man den Ventilsitzring z. B. mit einer Spannzange mechanisch auszieht wodurch die Aufnahmebohrung beschädigt werden kann.
Aus der DE 29 46 891 A1 ist eine Vorrichtung bekannt, bei der mittels eines Spreizdornes eine in eine Bohrung eingepresste Hülse oder dergleichen entfernt werden kann. Problematisch ist jedoch, dass durch die Spreizhülse ein zusätzlicher Druck auf den vorhandenen Presssitz zwischen der Hülse und der Bohrung erzeugt wird, der beim Herausziehen zu großen Reibkräften und somit zu Abriebspuren führen kann.
Eine weitere Methode ist das Zerspanen, bei dem die Gefahr besteht, dass das Werkzeug ebenfalls die Aufnahmebohrung beschädigen kann.
Die hierbei entstehenden teilweise sehr kleinen Späne können sich in Wasser und Ölkanälen ablagern, später lösen und in Folge zum Motorschaden führen.
Ebenfalls werden die Ventilsitzringe durch Aufbringen von Schweißraupen entfernt, wobei bei dieser Methode gesundheitsschädliche Dämpfe entstehen und abgesaugt werden müssen. Es entstehen Perlen im Schweißgut, welche sich ebenfalls wie oben beschrieben in Wasser und Ölkanälen ablagern und später zu Motorschäden führen können.
Es ist bekannt, Ventilsitze bei Motoren mittels Induktion zu erhitzen, um durch ein nachfolgendes rasches Abkühlen eine Härtung des Materials zu erzielen. Zu diesem Zwecke wird ein Induktor in die Bohrung mit dem Ventilsitz eingebracht. Dieser weist eine Induktionsspule auf, welche mit einem Transformator verbunden ist, welcher wiederum zur Erhitzung eine Hochfrequenzspannung erzeugt.
Es ist allgemein bekannt, dass sich der metallische Werkstoff des Motorkopfes durch die Hitzeeinwirkung ausdehnt. Zur vorteilhaften Ausnutzung wird in der Schrift US 4,849,594 A vorgeschlagen zum Einsetzen vom Buchsen in Bohrungen eines Motorblocks den Motorblock im Bereich der Bohrung zunächst zu erhitzen, um nachfolgend die Buchsen einzusetzen. Zu diesem Zweck wird ein in die Bohrung eingeführter Induktor eingesetzt und die Erhitzung erfolgt in bekannter Weise mittels der Induktion des die Bohrung bildenden Motorbocks.
Somit ist es offensichtlich, dass diese Technik in gleicher Weise geeignet sein kann, einen Zylinderkopf mittels Induktor zu erhitzen, um einen nicht erhitzten Ventilsitzring einbauen zu können.
Jedoch ist ein Ausbau mit diesem Verfahren nicht möglich, da sich eine Erhitzung des Zylinderkopfes nicht ohne gleichzeitige Erhitzung des Ventilsitzringes realisieren lässt.
Hingegen ist diese Problematik entsprechend der EP 1 283 759 B1 nicht gegeben, sofern die Erwärmung des äußeren, die Bohrung bildenden Bauteils (Werkzeugaufnahme), von außen erfolgen kann und somit das in der Bohrung befindliche Bauteil (Werkzeug) keine direkte Erwärmung durch die Induktion erfährt. Somit wird der vorteilhafte Temperaturunterschied zwischen dem äußeren heißeren Bauteil (Werkzeugaufnahme) und dem inneren kälteren Bauteil (Werkzeug) erreicht.
Zur Entfernung von Ventilsitzringen aus Zylinderköpfen ist dieses Verfahren jedoch nicht einsetzbar, da den Ventilsitz umgebend aufgrund der regulären Form von Zylinderköpfen kein Induktor angeordnet werden kann.
Der Erfindung liegt das Problem zu Grunde, das bekannte Anwendungsverfahren aus dem Stand der Technik zur Zerstörung der Aufnahmebohrung für den Ventilsitzring führen können und/oder durch Späne oder Schweißperlen Fremdkörper in den Zylinderkopf gelangen, welche wiederum zu Motorschäden führen können. Zudem ist hochqualifiziertes Personal für diese Arbeiten erforderlich.
Die sich hieraus ergebende Aufgabe zur Verhinderung von Motorschäden wird durch ein erfindungsgemäßes Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Grundgedanke der Erfindung ist es, im Gegensatz zu den bekannten Verfahrensweisen den Ventilsitzring zunächst auszudehnen und nachfolgend schrumpfen zu lassen, welcher hierdurch gelöst wird.
Erfindungsgemäß wird hierzu mittels einer Induktionsanlage ein hochfrequentes magnetisches Feld sowie eine Wechselspannung erzeugt, wodurch im Ventilsitzring innerhalb kurzer Zeit eine hohe Temperatur erzeugt wird. Durch die Einwirkung der hohen Temperatur beginnt sich der Ventilsitzring auszudehnen, was jedoch durch den Einbau in dem Zylinderkopf verhindert wird.
Beim anschließenden Abkühlen zieht sich der Ventilsitzring zusammen, verliert hierdurch seine Vorspannung und kann problemlos aus dem Zylinderkopf entnommen werden.
Durch das Schrumpfen aufgrund des Abkühlens zieht sich der Ventilsitzring vorteilhafter Weise um mehrere hundertstel Millimeter zusammen und lässt sich einfach mit einer Zange entnehmen.
Die Erwärmung wird in besonders vorteilhafter Weise durchgeführt bis eine Rot- bis Gelbglut im Ventilsitzring eintritt.
Dieses Verfahren lässt sich bei Grauguss- sowie auch an Aluminium-Zylinderköpfen von Motoren aller Kraftstoffarten anwenden.
Die Vorteile des Verfahrens lassen sich folgendermaßen umreißen:
Es kommt zu keiner Beschädigung der Aufnahmebohrung für den Ventilsitzring.
Es entstehen keine Späne oder Fremdkörper. Somit können aufgrund des Ausbaus des Ventilsitzrings auch keine Fremdkörper in den Zylinderkopf gelangen.
Die Durchführung bedarf lediglich einer kurzen Anwendungszeit von beispielsweise 10 Sekunden pro Ring.
Das Verfahren ist im Wesentlichen geräuschlos.
Es entstehen keine gesundheitsschädlichen, insbesondere metallhaltigen Dämpfe, wie sie ansonsten beim Schweißen auftreten.
Es gibt keinen Verschleiß am Werkzeug (Induktor).
Das Verfahren ist bei allen Guss-Zylinderköpfen und Aluminium-Zylinderköpfen einsetzbar.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen ins besondere darin, dass kein hochqualifiziertes Personal an präzisen Maschinen arbeiten muss und das Verfahren durch einfaches Personal angewendet werden kann.
Die Energie zur Induktion wird in vorteilhafter Ausführung durch eine mobile Anlage erzeugt und an auswechselbaren Induktoren abgegeben. Die Besonderheit der Anlage besteht darin, dass diese nach dem zweistufigen Trafoprinzip arbeitet, wobei sich ein erster Transformator am Genarator befindet und ein zweiter Transformator vorgesehen ist, an den verschiedene Induktoren angebaut werden können.
Die vorteilhafte mobile Anlage ermöglicht es, das Verfahren – da dieses nicht ortsgebunden ist – an Motoren, Getriebe, Achsen und Maschinengehäusen einzusetzen, an denen Metallringe aus ihrer Aufnahmebohrung ohne Zerstörung der Aufnahmebohrung entfernt werden müssen. Die Induktoren für die verschiedenen Durchmesser sind durch ein Schnellwechsel System austauschbar.
Ein Anwendungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnungsfolge dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
Pos. 1 Zylinderkopf,
Pos. 2 Ventilsitzring,
Pos. 3 Induktor,
Pos. 4 Zweiter Transformator mit Aufnahme für den Induktor.
Ein Hochleistungskabel verbindet den zweiten Transformator mit dem ersten Transformator.
Pos. 5 Generator mit erstem Transformator.
Zeichnung 1: Zylinderkopf 1 mit eingeschrumpftem Ventilsitzring 2 (Zustand Ventilsitzring 2 kalt).
Zeichnung 2: Ventilsitzring 2 wird erhitzt bis zur Glühtemperatur (Versucht sich hierbei auszudehnen).
Zeichnung 3: Ventilsitzring 2 ist lose (geschrumpft).
Erläuterung zur Zeichnung
Der Induktor 3 wird manuell vertikal nach unten verfahren, bis dieser innerhalb des Ventilsitzringes 2 ist. Anschließend wird über einen elektrischen Fußschalter die Induktionsanlage eingeschaltet. Sobald der Ventilsitzring 2 glüht, wird die Energiezufuhr unterbrochen und der Induktor 3 manuell vertikal nach oben verfahren und der Ventilsitzring 2 entnommen.
Man verschiebt den Zylinderkopf 1 oder den Induktor 3 zum nächsten Ventilsitzring und verfährt genauso wie oben beschrieben bis alle Ventilsitzringe entfernt sind.

Claims

Verfahren zur Entfernung eines Ventilsitzringes bei Guss- und Aluminiumzylinderköpfen, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte: – Erwärmen des Ventilsitzringes mittels einer Induktionsspule, wobei kurzfristig eine hohe Temperatur im Ventilsitzring erzeugt wird; Abkühlen des Ventilsitzringes; – Entnahme des Ventilsitzringes aus dem Zylinderkopf.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitzring bis zur Rot- und/oder Gelbglut erwärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine mobile Anlage eingesetzt wird, welche einen Generator (5) mit einem ersten Transformator und einen mit einem Hochleistungskabel verbundenen zweiten Transformator (4) aufweist, wobei am zweiten Transformator (4) austauschbar ein Induktor (3) mit einer Induktionsspule angeordnet ist.