DE102015220891A1

DE102015220891A1 - Innengekühltes Ventil für Verbrennungsmotoren sowie Verfahren und Vorrichtung zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102015220891A1
Application number: DE102015220891.5A
Authority: DE
Inventors: Stefan Kellermann
Original assignee: Federal Mogul Valvetrain GmbH
Current assignee: Federal Mogul Valvetrain GmbH
Priority date: 2015-10-26
Filing date: 2015-10-26
Publication date: 2017-04-27
Also published as: MX2018004262A; JP6786597B2; EP3368232B1; JP2019506555A; BR112018006586A2; US20180304344A1; WO2017071840A1; CN108348982A; EP3368232A1; PL3368232T3; CN108348982B

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines innengekühlten Ein- oder Auslassventils (4) für Verbrennungsmotoren sowie das mit dem Verfahren bzw. der Vorrichtung hergestellte Ventil. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen eines Werkstücks das einen zylindrischen Schaft und ein zylindrisches Loch umfasst, das von einem Ventilschaltende in Axialrichtung verläuft. Das Verfahren umfasst weiter ein Umformen des Ventilschaft-Endes durch Formwalzen des zylindrischen Schaftes auf einen kleineren Durchmesser, wobei ein Durchmesser des zylindrischen Lochs verringert wird wobei das zylindrische Loch bestehen bleibt. Das Verfahren umfasst weiter ein Umformen des Abschnitts des Werkstückes, das an einem Ventilschaft anschließt zu einem Ventilkopf durch Formwalzen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft gekühlte Ventile für Verbrennungsmotoren. Spezieller betrifft die vorliegende Erfindung ein natriumgekühltes Ein- oder Auslassventil für einen Verbrennungsmotor und insbesondere dessen Herstellungsverfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung des Ventils durch Walzen.
Innengekühlte bzw. natriumgekühlte Abgasventile sind spätestens seit 1935 bekannt.
Natriumkühlung und deren Effekte sind im Stand der Technik wohlbekannt und die technischen Weiterentwicklungen der letzten Jahre betrafen hauptsächlich ein vergrößertes Kühlmittelvolumen im Bereich des Ventiltellers und vereinfachte Herstellungsverfahren, um natriumgekühlte Ventile kostengünstiger herstellen zu können.
Es besteht jedoch immer noch ein Bedarf für eine kostengünstige und schnelle Herstellung von innengekühlten Ventilen sowie für eine Verbesserung der Kühleigenschaften von bestehenden Einlass- bzw. Auslassventilen. Es besteht zudem ein Bedarf, ein maximal gekühltes Hohlraumventil zur Verfügung zu haben, das auch bei höchstmöglichen Abgastemperaturen noch sicher funktioniert. Es ist weiter beabsichtigt, die Anzahl der Bauteile sowie der Fügestellen von innengekühlten Ventilen aus Stabilitäts- und Kostengründen zu verringern.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zu Herstellung eines innengekühlten Einlass- bzw. Auslassventils für Verbrennungsmotoren bereitgestellt, das anstelle von bekannten spanabhebenden Verfahren auf einer Umformung eines Werkstücks bzw. Halbzeugs, bzw. Halbfabrikats oder Halbfertigprodukts basiert. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen eines Werkstücks, das einen Schaft und ein zylindrisches Loch umfasst, das von einem Ventilschaftende in Axialrichtung verläuft. Das Ventilschaftende des Werkstücks bildet später den Teil, der sich am Ventilschaftende des fertigen Ventils befindet. Das Ventilschaftende wird durch Formwalzen des Schaftes auf einen kleineren Durchmesser umgeformt, wobei ein Durchmesser des zylindrischen Lochs verringert wird, wobei das Loch bestehen bleibt. Das Loch bildet später den Hohlraum für ein Kühlmittel, das sich in dem Hohlraum bewegen kann, um Wärme von einem ungekühlten Ventilteller in Richtung eines gekühlten Ventilschafts zu transportieren. Das Verfahren umfasst weiter ein Umformen eines Abschnitts des Werkstückes, das an einem Ventilschaft anschließt, durch Formwalzen zu einem Ventilkopf. Auch der Ventilkopf wird dabei durch Formwalzen umgeformt. In dieser grundlegenden Ausführung des Verfahrens wird zumindest der Ventilschaft mit einer darin befindlichen Bohrung auf einen kleineren Durchmesser gewalzt. Das Verfahren kann auch auf rohrförmige Werkstücke angewendet werden, um den Schaft und den oberen Teil eines Ventiltellers herzustellen, wobei ein unterer Teil eines Ventiltellers durch einen Deckel gebildet werden kann, der mit dem oberen Teil des Ventiltellers verbunden wird.
Das Verfahren basiert in einer grundlegenden Ausführung auf dem Umformen eines Werkstücks, das einen zylindrischen Schaft und ein darin befindliches zylindrisches Loch umfasst, das von einem Ventilschaftende in Axialrichtung verläuft. Das Ventilschaftende wird durch Formwalzen des zylindrischen Schaftes auf einen kleineren Durchmesser umgeformt, wobei ein Durchmesser des zylindrischen Lochs verringert wird, wobei das zylindrische Loch bestehen bleibt, jedoch seine zylindrische Form verlieren kann, da das Werkstück im Bereich des Ventiltellers weniger stark umgeformt wird als im Bereich des Ventilschaftendes. Das anfangs zylindrische Loch bildet später den Hohlraum für ein Kühlmittel.
Im gesamten Text wird der Begriff „Werkstück” in den Bedeutungen von Werkstück, Halbfabrikat, Halbfertigprodukt und Halbzeug verwendet, um eine unnötige Wiederholung der entsprechenden Begriffe zu vermeiden, und den Text nicht unnötig zu verlängern. Die Begriffe „Werkstück”, „Halbfabrikat”, „Halbfertigprodukt” und „Halbzeug” werden hier synonym verwendet.
Das Verfahren umfasst eine Durchmesserverringerung des Schaftes sowie der darin befindlichen Bohrung sowie ein Formen zumindest der Rückseite des Ventiltellers durch Formwalzen. In der grundlegenden Ausführung des Verfahrens ist die Art der Bildung der Ventiltellerfläche noch nicht berücksichtigt.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Werkstück vor dem Formwalzen einen Durchmesser von mindestens dem des Ventiltellers des fertigen Ventils, und das Verfahren umfasst weiter ein Formwalzen eines Übergangs zwischen dem Ventilkopf und dem Ventilschaft zu einer Hohlkehle. Dadurch wird die Rückseite des Ventiltellers durch Formwalzen hergestellt. Es ist ebenfalls vorgesehen, die Fase für den Ventilsitz und/oder den Tellerrand durch Formwalzen zu erzeugen.
Bei einer weiteren beispielhaften Ausführungsform des Verfahrens ist das Werkstück becherförmig. Das becherförmige Werkstück weist an einem Boden des Werkstücks einen Durchmesser auf, der mindestens dem des Ventiltellers entspricht. Das zylindrische Loch ist als Sackloch bzw. Blindloch ausgeführt, das von einem Ventilschaltende in Richtung des Bodens des becherförmigen Werkstücks verläuft, wobei das Formwalzen ein Umformen des Schaftes und ein Formen des Ventilkopfes mit mindestens der Ventiltelleroberseite umfasst. Bei dieser Ausführung des Verfahrens soll insbesondere auch die Fase des Ventilsitzes und ein Ventilrand durch Formwalzen hergestellt werden. Der Boden des Werkstücks bildet die Ventiltellerfläche und kann bereits vor dem formwalzen in ihre endgültige Form gebracht werden. Es ist jedoch ebenfalls möglich, einen Achsstumpf an der Ventiltellerfläche vorzusehen, um das Ventil während dem Walzen besser führen zu können.
Bei einer weiteren beispielhaften Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen eines innengekühlten Ventils für Verbrennungsmotoren, weist eine äußere Bodenfläche des Werkstück bereits die Form des Ventiltellers auf. Mit einem derartigen Werkstück muss lediglich die Ventiltellerrückseite und nicht die Ventiltellerfläche durch Walzen bearbeitet werden.
Bei einer zusätzlichen beispielhaften Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen eines innengekühlten Ventils für Verbrennungsmotoren ist das Werkstück becherförmig und weist an einem Boden einen größeren Durchmesser auf, als im Bereich des zylindrischen Schaftes. Dadurch kann ein dünnerer Schaft des Werkstücks verwendet werden, was eine einfachere Bearbeitung durch das Formwalzen ermöglicht. Dabei muss der Schaft nicht von einem Ventiltellerdurchmesser bis auf den Ventilschaftdurchmesser gewalzt werden, sondern es können kleinere Umformungen ausreichen, um das Ventil mit Hohlraum im Ventilteller herstellen zu können.
Bei einer weiteren beispielhaften Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen eines innengekühlten Ventils wird das Werkstück durch Führungen zwischen den Walzen gehalten. Die Führungen können einzelne Rollen umfassen, die gegen eine Außenfläche des Ventilschafts oder des Ventiltellers anliegen. Es ist ebenfalls vorgesehen Führungen zu verwenden, die durch Gleitreibung mit einer äußeren Umfangsfläche des Ventils bzw. des Werkstücks in Kontakt stehen und das Ventil bzw. das Werkstück zwischen den Walzen zentriert hält. Die Rollen bzw. die Gleitstücke können nachgeführt werden, um die Achse des Ventils bzw. Werkstücks in der Ebene bzw. Fläche zu halten, die von den beiden Achsen der Walzen aufgespannt wird.
Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen eines innengekühlten Ventils für Verbrennungsmotoren schließt ein Warmwalzen des Werkstücks ein. Das Verfahren kann ebenfalls ein Heizen des Werkstücks durch Heizvorrichtungen, wie Induktionsheizer oder Gasbrenner einschließen, um eine Umkristallisation des Werkstoffs, des Werkstücks zu ermöglichen und Effekten einer Kaltverfestigung entgegenzuwirken.
Bei einer zusätzlichen beispielhaften Ausführung des Verfahrens zum Herstellen eines innengekühlten Ventils für Verbrennungsmotoren, umfasst dieses weiter ein Bewegen des Werkstücks in Axialrichtung in Richtung des Schaftendes während dem Walzen. So kann immer nur ein Teil des Schaftes auf einen geringeren Durchmesser gewalzt werden, was die mechanische Belastung der Walzen und der Walzvorrichtung erheblich verringern sollte.
Eine weitere beispielhafte Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen eines innengekühlten Ventils für Verbrennungsmotoren, umfasst weiter ein Drehen des Werkstücks während dem Walzen. Dies betrifft nicht eine spanende Bearbeitung auf einer Drehbank, sondern ein Antreiben des Werkstücks während des Walzvorgangs. Dieser Schritt kann vorteilhaft sein, wenn durch das Formdrehen jeweils Abschnitte mit unterschiedlichen Radien einen unterschiedlichen Schlupf zwischen Werkstück bzw. Ventil und den Walzen erforderlich machen. Durch ein antreiben bzw. aktives drehen des Werkstücks kann eingestellt werden, welcher Schlupf an welchen Durchmessern bzw. Radien entsteht und welche Radien während des Formwalzens Schlupffrei gewalzt werden.
Es kann zudem vorgesehen sein, den Außendurchmesser des Schaftes durch Drehen zu verringern, nachdem ein gewünschter Innendurchmesser durch Walzen erreicht wurde. Das Walzen dient in diesem Fall lediglich dazu, den Innendurchmesser des Hohlraums innerhalb des Ventilschafts zu erreichen. Die Wandstärke des Materials kann dabei höher gewählt werden als es der Walzprozess alleine erfordern würde.
Das Verfahren basiert in einer grundlegenden Ausführung auf dem Umformen eines Werkstücks, das einen zylindrischen Schaft und ein darin befindliches zylindrisches Loch umfasst, das von einem Ventilschaftende in Axialrichtung verläuft. Das Ventilschaftende wird durch Formwalzen des zylindrischen Schaftes auf einen kleineren Durchmesser umgeformt, wobei ein Durchmesser des zylindrischen Lochs verringert wird, wobei das Loch bestehen bleibt, jedoch seine zylindrische Form verlieren kann, da das Werkstück im Bereich des Ventiltellers weniger stark umgeformt wird als im Bereich des Ventilschaftendes. Das anfangs zylindrische Loch bildet später den Hohlraum für ein Kühlmittel. Der Hohlraum für das Kühlmittel weist dabei im Bereich des Ventiltellers einen größeren Durchmesser auf wodurch die Wärmeübertragung von dem Ventilteller auf das Kühlmittel deutlich verbessert werden kann.
Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Herstellen eines innengekühlten Ventils für Verbrennungsmotoren aus einem Werkstück, bzw. Halbfabrikat, bzw. Halbfertigprodukt, bzw. Halbzeug bereitgestellt. Die Vorrichtung umfasst ein Walzwerk zum Rundquerwalzen oder zum Schrägwalzen, wobei mindestens zwei Walzen das Profil eines Auslassventils aufweisen. Die Walzen umfassen dabei mindestens Oberflächen um einen Schaft und die Rückseite eines Ventiltellers durch Formwalzen umzuformen. Die Vorrichtung zum Herstellen eines innengekühlten Ventils umfasst damit Formwalzen, die aus einem Werkstück einen Ventilschaft und eine Ventiltellerrückseite walzen können. Insbesondere ist das Walzwerk dazu ausgelegt, ein hohles Werkstück zu verarbeiten und so einen Hohlraum in einem innengekühlten Ventil herzustellen. Das Walzwerk soll dabei ein, im Wesentlichen zylindrisches Loch bzw. Sackloch so umformen, dass ein möglichst großer Hohlraum eines innengekühlten Ein- bzw. Auslassventils erreicht werden kann. Die Vorrichtung umfasst in einer Ausführungsform dabei lediglich Walzen, wobei zusätzliche Führungswalzen vorgesehen sein können, um das Werkstück zwischen den Walzen zu führen. Durch den großen Durchmesserunterschied zwischen dem Ventilschaft und dem Ventiltellerdurchmesser ist es nicht möglich das Ventil mit einer Walzvorrichtung zu walzen, die drei zusammenwirkende Walzen umfasst.
In einer beispielhaften Ausführungsform der Vorrichtung zum Herstellen eines innengekühlten Ventils, umfasst diese weiter einen Dorn, der in ein Loch eines Werkstücks eingeführt werden kann, um das Werkstück beim Walzen zu führen. Der Dorn kann einerseits als Führung dienen und kann andererseits als Lehre dienen um anzuzeigen warm ein Innendurchmesser eines gewalzten Werkstücks einen vorgegebenen Durchmesser erreicht hat.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Vorrichtung zum Herstellen eines innengekühlten Ventils, umfasst diese weiter mindestens eine Führung, um das Werkstück zwischen den Walzen zu halten und zu führen, wobei die mindestens eine Führung ein Gleitelement und/oder ein oder mehrere Rollen umfassen, die an einer Außenfläche des Werkstücks anliegen. Diese Führungen halten den Schaft und/oder den Teller zwischen den Walzen, um eine maximale Walzkraft auf das Werkstück ausüben zu können.
Bei einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Vorrichtung zum Herstellen eines innengekühlten Ventils, umfasst die mindestens eine Führung mehrere Rollen, mindestens ein Gleitelement die bzw. das jeweils auf eine Außenfläche des Werkstücks anliegen und/oder einen Dorn, der sich in die Bohrung des Werkstücks erstreckt. Damit kann dem Werkstück ein definierter Innendurchmesser im Bereich des Schaftes verliehen werden. Weiterhin kann ein eventuell geschmierter oder mit Trennmittel versehener Dorn ebenfalls dazu genutzt werden, eine Verringerung der Dicke der Wandstärke des Ventilschafts unter einer Verlängerung des Ventilschafts zu erreichen. Ein polierter Dorn kann nach dem Walzen wieder aus dem Hohlraum herausgezogen werden. Der Dorn kann ebenfalls konisch ausgeführt werden, um ein herausziehen des Dorns zu vereinfachen.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform der Vorrichtung zum Herstellen eines innengekühlten Ventils, umfasst die mindestens eine Führung ein Gleitelement oder eine oder mehrere Rollen, die an einer Außenfläche des Werkstücks anliegen. Das Gleitelement kann von außen geschmiert sein, um eine Reibung und einen Verschleiß des Gleitelements zu verringern. Weiterhin können die mehreren Rollen der Kontur des Ventils angepasst sein, um beim Walzen einen gleichmäßigen Druck auf das Werkstück auszuüben. Die Führungen können auf beiden Seiten oder nur auf einer Seite des Werkstücks angeordnet sein. Die einzelnen Rollen der mindestens einen Führung können zudem in Axialrichtung verschiebbar angeordnet sein, um ein einwalzen der Rollen in dem Schaft zu vermeiden. Das Gleitelement kann eine Kontur aufweisen, die der bzw. dem Negativ der Kontur des Ventils entspricht, um eine möglichst gleichmäßige Kraftübertragung auf das Werkstück zu ermöglichen.
Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform der Vorrichtung zum Herstellen eines innengekühlten Ventils, umfasst diese mindestens einen Kraftaufnehmer, an der mindestens eine Führung sowie einzeln angetriebene Walzen und eine Steuerung welche die Drehzahl der Walzen so steuert, dass die Kraft auf die Führungen minimiert wird. Das Werkstück wird hierbei durch eine differenzielle Ansteuerung der Walzen in der Mitte zwischen den beiden Walzen gehalten, sodass die Belastung und der Verschleiß der Führungen minimiert werden kann. Durch eine entsprechende Steuerung kann ebenfalls die Standzeit der Walzvorrichtung erhöht werden, da die Intervalle in denen die Führungen ausgetauscht werden müssen, verlängert werden können.
Bei einer zusätzlichen beispielhaften Ausführungsform der Vorrichtung zum Herstellen eines innengekühlten Ventils, umfasst die mindestens eine Führung mehrere Rollen, mindestens ein Gleitelement die bzw. das jeweils auf eine Außenfläche des Werkstücks anliegen und/oder einen Dorn, der sich in die Bohrung des Werkstücks erstreckt.
Bei einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Vorrichtung zum Herstellen eines innengekühlten Ventils sind die Achsen der Walzen windschief in einem Winkel von 1° bis 12°, bevorzugt von 2° bis 10° und weiter bevorzugt von 3° bis 8° zueinander angeordnet. Diese Ausführung betrifft ein Schrägwalzverfahren, bei dem die Walzen zueinander in einem Abstand und nicht parallel angeordnet sind. Je nach Walzrichtung und der Lage des Abstandes der Walzen kann ein Werkstück beim Walzen in Axialrichtung gefördert werden. Dieser Effekt ist besonders stark ausgeprägt, wenn sich der (geringste) Abstand der Achsen der Walzen nahe einem Ende der Walzen befindet. In dieser Konfiguration wurde noch nicht definiert wie die Achse des Werkstücks ausgerichtet ist. Es ist möglich eine Achse des Werkstücks zu verwenden, die parallel zu einer Achse der Walzen verläuft. In diesem Fall wird das Werkstück an einer Walze anliegend gewalzt, während die andere Walze entweder nur mit einem Teil der Oberfläche des Werkstücks in Kontakt steht, oder eine Oberfläche aufweist, der es gestattet, die gesamte Oberfläche gleichzeitig zu walzen.
Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform der Vorrichtung zum Herstellen eines innengekühlten Ventils, ist die Achse des Werkstücks und jeweils die Achsen der Walzen windschief in einem Winkel von 0,5° bis 6°, bevorzugt von 1° bis 5° und weiter bevorzugt von 1,5° bis 4°, zueinander angeordnet. In diesem Fall ist die Walzvorrichtung eine sogenannte Schrägwalzvorrichtung. Beim Schrägwalzen sind die Walzenachsen gekreuzt, bzw. windschief zueinander angeordnet. Dadurch entsteht ein Längsvorschub in dem um seine Längsachse rotierenden Werkstück. Das Werkstück wird im Walzspalt durch Stützlineale oder Führungswalzen gehalten. Das Walzenkaliber kann so gestaltet sein, dass sich der Walzspalt verengt. Schrägwalzen können ebenfalls mit entsprechend geformten Walzen durchgeführt werden, sodass insgesamt ein Walzspalt mit konstantem Abstand entsteht. Im vorliegenden Fall, weist der Walzspalt jedoch idealerweise die Kontur eines Einlass- oder Auslassventils auf.
Bei einer zusätzlichen beispielhaften Ausführungsform der Vorrichtung zum Herstellen eines innengekühlten Ventils, weist mindestens eine der Walzen, bevorzugt beide Walzen, eine hyperboloide bzw. rotationshyperboloide Außenfläche auf. Der Ausdruck hyperboloide bzw. Rotationshyperboloide Außenfläche betrifft hier mangels einer passenderen Bezeichnung eine hyperboloide Form, die nicht aus Geraden oder Strecken, sondern aus den Profillinien eines Ein- bzw. Auslassventils, insbesondere des Schaftes und der Rückseite des Ventiltellers gebildet ist. Der Ausdruck Hyperboloid betrifft hier ein einschaliges Hyperboloid, dass die bekannte taillierte Form aufweist und senkrecht zu der Rotationssymmetrieachse geschnitten kreise bildet. Der Grad der Windschiefe der Formen, die das Rotationshyperboloid erzeugen, soll dabei genau der jeweiligen Windschiefe der Achsen des Werkstücks und der Walze entsprechen, da unter diesen Bedingungen (bei geraden erzeugenden des Hyperboloids) ein zylindrisches Werkstück gewalzt werden kann. Wenn die hyperboloide Walze mit den Profilen eines Ventilschafts/Tellers erzeugt wird, ergeben sich taillierte Walzen die beim Schrägwalzen ein Ventil mit einem geraden Ventilschaft erzeugen können. Diese Ausführung erfordert die größten Kosten für die Produktionsmittel, lässt aber momentan die besten Ergebnisse erwarten.
Bei einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Vorrichtung zum Herstellen eines innengekühlten Ventils, umfasst die Vorrichtung weiter eine Axialführung oder ein Spannfutter, um das Werkstück von der Tellerseite aus zu führen bzw. zu halten. Mit der Axialführung kann das Werkstück in Axialrichtung gegen die Walzen gepresst werden, um so die Hohlkehlen der Rückseite des Ventiltellers formen zu können. In einer grundlegenden Ausführung verhindert die Axialführung lediglich, dass sich das Werkstück beim Walzen in Richtung des Ventiltellers axial aus den Walzen bewegt. Wenn ein Spannfutter verwendet wird, muss das Werkstück noch einen Ansatz aufweisen, an dem das Spannfutter das Werkstück greifen kann. Die Axialführung stellt eine erhöhte Prozesssicherheit beim Umformen des Ventiltellerrückens bereit.
Bei einer zusätzlichen beispielhaften Ausführungsform der Vorrichtung zum Herstellen eines innengekühlten Ventils, umfasst die Vorrichtung weiter einen Aktuator, der das Werkstück von dem Boden aus in Richtung des Ventilschaltendes axial bewegen kann. Dieser Aktuator kann direkt auf die oben genannte Axialführung oder das Spannfutter wirken. Durch den Aktuator kann der Ventilschaft langsam vom Ventilschaftende in Richtung Ventilteller gewalzt werden, was die Belastung der Walzen erheblich verringern kann. Es ist ebenfalls möglich den Prozess des Umformens der Ventiltellerrückseite genauer zu überwachen und zu auszuführen.
Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform der Vorrichtung zum Herstellen eines innengekühlten Ventils, umfasst die Vorrichtung weiter einen Antrieb, der das Werkstück während des Walzens mit einer bestimmten und möglicherweise variablen Umdrehungszahl dreht. Durch den großen Durchmesserunterschied zwischen Ventilschaft und Ventilteller entstehen beim Walzen starke Torsionskräfte, die das Werkstück während des Umformens zerstören können. Es ist daher eventuell notwendig, beim Formdrehen jeweils Abschnitte mit unterschiedlichen Radien einen unterschiedlichen Schlupf zwischen Werkstück bzw. Ventil und den Walzen zu ermöglichen. Dies kann hier durch antreiben bzw. aktives Drehen des Werkstücks, besonders des Ventiltellers erreicht werden, um die Torsionskräfte des Werkstücks, insbesondere am Übergang zwischen Ventilteller und Ventilschaft, so gering wie möglich zu halten. Die Walzvorrichtung kann zudem mit einer Schmierung ausgestattet sein, um den Verschleiß der Walzen, in mit Schlupf belegten Abschnitten, so gering wie möglich zu halten.
Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform der Vorrichtung zum Herstellen eines innengekühlten Ventils, umfasst die Vorrichtung weiter ein Heizelement, um das Werkstück beim Walzen zu erwärmen. Somit kann ein relativ kleines Werkstück auch mit relativ großen Walzen warmgewalzt werden, ohne dass eine zu starke Abkühlung des Werkstücks beim Walzen zu befürchten wäre.
Zusätzlich kann während der Umformung durch induktive oder autogene Erwärmung, bzw. Gasheizung, weitere Energie in das Werkstück eingebracht werden.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren, bei dem, ausgehend von einem rohr- oder becherförmigen Werkstück, durch Warmwalzen ein hohles Ventilkopfstück und ein hohler Ventilschaft erzeugt werden. Das erzeugte Ventil kann, wenn von einem becherförmigen Werkstück ausgegangen wird, ohne Fügestelle hergestellt werden. Das erzeugte Ventil kann im Bereich des Ventiltellers einen vergrößerten Hohlraum aufweisen, um ein erhöhtes Natriumvolumen in dem Ventil als Kühlmittel unterzubringen. Eine Besonderheit umfasst das Umformen durch zwei Walzen und eine Führung, wobei mindestens eine Walze in einem Winkel gegenüber der Werkstückachse und der zweiten Achse angeordnet ist. Die Walzen haben dabei auch an der, dem Werkstückachse zugewandten Stirnseite, jeweils eine Negativform oder Hohlkehlengeometrie des Ventilkopfrohlings.
Beide Walzen können sich während der Umformung aufeinander zu bewegen, wobei auch eine Walze starr in Position gehalten werden kann und nur die andere Walze (und das Werkstück) bewegt werden kann. Das Werkstück kann dabei während der Umformung auf einer Unterlage bzw. einer Führung aufliegen und wird durch die Bewegung der Walzen gegen die Führung gedrückt und dabei rotiert. Zusätzlich kann das Werkstück auch axial gegen die Walzen bewegt werden, wobei die Negativform an den Stirnseiten der Walzen, die Hohlkehlengeometrie des Ventilkopfrohlings formt. Die Position einer Mittelachse des Werkstücks kann sich dabei unterhalb der Mittelachsen der Walzen befinden. Die Führung kann, zur Verringerung der Reibung am Werkstück, eine Lagerung mittels Rollen aufweisen.
Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform der Vorrichtung zum Herstellen eines innengekühlten Ventils, weist mindestens eine der Walzen eine Oberflächenstruktur auf, die einen Transport des Materials des Werkstücks in Axialrichtung bewirkt. In dieser Ausführungsform, ist mindestens auf einer Oberfläche einer der Walzen, ein feines Gewinde oder eine andere raue Oberflächenstruktur angebracht. Das Gewinde oder die raue Oberflächenstruktur kann, oder soll sich primär auf der geneigten Achse befinden. Die Walzen können dabei aus einer Metalllegierung oder einem keramischen Verbundwerkstoff hergestellt sein oder jeweils diesen umfassen.
Durch den Winkel der Walzen) zum Werkstück sowie durch das Gewinde oder der rauen Oberflächenstruktur auf mindestens einer der Walzen, wird eine zentrale Zugkraft auf das Werkstück ausgeübt, wodurch auch eine Verlängerung des Rohlings zusätzlich zur Durchmesserreduzierung erreicht werden kann.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein innengekühltes Ventil für Verbrennungsmotoren bereitgestellt, das mit einem der vorstehend beschriebenen Verfahren oder mit einer der vorstehend beschriebenen Vorrichtung umgeformt bzw. hergestellt wurde. Das Ventil ist dabei dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück vor dem Umformen einen Schaft und ebenfalls ein zylindrisches Loch umfasst, das von einem Ventilschaftende in Axialrichtung verläuft. Mindestens der Schaft des Ventils wurde dabei durch Formwalzen des Schaftes auf einen kleineren Durchmesser umgeformt, wobei das Loch erhalten bleibt und wobei das Werkstück vor dem Formwalzen einen Durchmesser von mindestens dem des späteren Ventiltellers umfasst und dass ein Ventilkopf mit einer Hohlkehle durch Formwalzen hergestellt ist.
Das Ventil wird in einer grundlegenden Ausführung aus einem Werkstück umgeformt, das einen zylindrischen Schaft und ein darin befindliches zylindrisches Loch umfasst, das von einem Ventilschaftende in Axialrichtung verläuft. Das Ventilschaftende wurde durch Formwalzen des zylindrischen Schaftes auf einen kleineren Durchmesser umgeformt, wobei ein Durchmesser des zylindrischen Lochs verringert wird, wobei das zylindrische Loch als Loch bestehen bleibt, jedoch seine zylindrische Form verlieren kann, da das Werkstück im Bereich des Ventiltellers weniger stark umgeformt wird, als im Bereich des Ventilschaftendes. Das anfangs zylindrische Loch bildet später den Hohlraum für ein Kühlmittel. Durch eine ungleichmäßige Umformung kann so im Bereich des Ventiltellers ein Hohlraum mit größerem Durchmesser und damit mit einer größeren Oberfläche erzeugt werden, was eine Wärmeübertragung zwischen Ventilteller und Kühlmittel deutlich verbessert.
Das Ventil ist also ein innengekühltes Ventil, und der Schaft und zumindest die Rückseite des Ventiltellers, wurden zumindest teilweise durch Umformen hergestellt. Dabei können noch weitere spanende Bearbeitungsschritte folgen, um gewünschte Oberflächeneigenschaften des Schaftes und oder der Ventiltellerrückseite zu erreichen. In einer grundlegenden Ausführung kann das Ventil auch aus einem rohrförmigen Werkstück umgeformt werden, wobei eine Öffnung an dem Ventilteller später durch einen Deckel verschlossen werden kann.
Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform des innengekühlten Ventils ist das Werkstück becherförmig, wobei das becherförmige Werkstück an einem Boden des Werkstücks einen Durchmesser aufweist, der mindestens dem des Ventiltellers entspricht, wobei das zylindrische Loch ein Sackloch ist, das von einem Ventilschaftende in Richtung des Bodens des becherförmigen Werkstücks verläuft. In dieser Ausführungsform kann im Bereich des Ventiltellers ein größerer Hohlraum erzeugt werden, als es bisher bei einem einteiligen Ventil möglich ist.
Bei einer weiteren beispielhaften Ausführungsform des innengekühlten Ventils ist das Werkstück becherförmig und das becherförmige Werkstück weist an einem Boden des Werkstücks einen größeren Durchmesser auf, als im Bereich des zylindrischen Schaftes. Hier soll der Innendurchmesser des Sacklochs im Wesentlichen den Durchmesser des Hohlraums im Bereich des Ventiltellers bestimmen. Durch den geringeren Durchmesser des zylindrischen Schafts, kann die Umformarbeit und damit die Verweilzeit des Werkstücks in der Walzvorrichtung verringert werden. Weiterhin kann die Wandstärke des zylindrischen Schafts erhöht werden, was sich wiederum positiv auf den Umformvorgang auswirken wird.
Bei einer weiteren beispielhaften Ausführungsform des innengekühlten Ventils, bildet das zylindrische Loch nach dem Umformen einen Hohlraum, der innerhalb des Ventilschafts und des Ventiltellers verläuft und der teilweise mit Natrium gefüllt und verschlossen ist.
Bei einer weiteren anderen beispielhaften Ausführungsform des innengekühlten Ventils, wurde dies aus einem Werkstück mit einem nicht-zylindrischen Schaft mit einer Außenkontur und mit einem zylindrischen Loch hergestellt. Durch einen Umformvorgang des Ventilschaftendes durch Formwalzen zu einem im Wesentlichen zylindrischen Ventilschaft, wird die Außenkontur zumindest teilweise, auf das nach dem Umformen nicht-zylindrische Loch übertragen. Das nicht-zylindrische Loch weist nach dem Umformen eine Innenkontur auf, die der Außenkontur entspricht. Dies kann mit oder ohne eine Verlängerung des Schaftes während des Walzens erreicht werden. Die Abmessungen der Außenkontur, die notwendig sind, um eine gewünschte Innenkontur zu erreichen, lassen sich relativ einfach durch Versuche ermitteln.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand von Darstellungen beispielhafter Ausführungsformen näher verdeutlicht. Die Figuren stellen lediglich schematische Darstellungen dar.
1A bis 1D stellen eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung eines innengekühltes Ventils, aus einem rohrförmigen Werkstück und dem zugehörigen Herstellungsverfahren, dar.
2A bis 2C zeigen eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung eines innengekühltes Ventils, aus einem becherförmigen Werkstück und dem zugehörigen Verfahren.
3A bis 3C stellen eine andere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung eines innengekühltes Ventils, aus einem kurzen becherförmigen Werkstück und dem zugehörigem Verfahren, dar.
4A bis 4B zeigen eine zusätzliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung eines innengekühltes Ventils, aus einem kurzen becherförmigen Werkstück durch Schrägwalzen.
5A und 5B stellen eine weitere zusätzliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung eines innengekühltes Ventils, aus einem kurzen becherförmigen Werkstück und dem zugehörigen Verfahren, dar.
6A und 6B stellen eine weitere zusätzliche Ausführungsform eines Werkstücks und eines innengekühltes Ventils dar.
Sowohl in der Beschreibung als auch in den Figuren werden gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, um auf gleiche oder ähnliche Komponenten und Elemente Bezug zu nehmen. Um unnötige Längen in der Beschreibung zu vermeiden, werden Elemente die bereits in einer Figur beschrieben wurden, in weiteren Figuren nicht gesondert erwähnt.
Um die Zeichnungen nicht unnötig kompliziert zu gestalten, wurde darauf verzichtet die Teile der Walzvorrichtung darzustellen, die die Walzen tragen, lagern, antreiben oder senkrecht zu einer Walzenachse, oder in Richtung einer Werkstückachse zu bewegen. Es wurde ebenfalls darauf verzichtet, eine Lagerung oder Aufhängung von Führungen und Axialführungen darzustellen.
1A zeigt eine erfindungsgemäße Walzvorrichtung mit zwei Formwalzen 42. Die Formwalzen sind mit Achsstummeln 64 versehen, mit denen sie in einem Gehäuse einer Walzvorrichtung aufgenommen werden können. Die Formwalzen 42 können über die Achsstummel ebenfalls gemeinsam oder einzeln angetrieben werden.
Oben in der 1A sind die Achsen in einer Aufsicht dargestellt, wobei die Zeichenebene im Wesentlichen durch die Achsen 48 der Walzen 42, bzw. der Achse 46 des Werkstücks 14 verläuft. Die äußere Kontur der Formwalzen 42 entspricht dem negativen Profil eines zu walzenden Ein- oder Auslassventils. Zwischen den Formwalzen 42 ist ein rohrförmiges Werkstück 14 mit einer Durchgangsöffnung bzw. einem Durchgangsloch 28 angeordnet. Die Achse 46 des Werkstücks 14 und die Achsen 48 der Walzen 42 sind jeweils parallel ausgerichtet. Unten in der 1A sind die Walzen 42 und das Werkstück 14 in einer Ansicht in Axialrichtung dargestellt. Die Walzen sind in 1A und 1B für einen Rundquerwalzvorgang ausgelegt. Die Walzen sind als Formwalzen 42 ausgeführt. Die jeweiligen Drehrichtungen der Walzen und des Werkstücks sind durch die Pfeile 60 angedeutet. Beim Rundquerwalzen rotiert das Werkstück 14 hier in entgegengesetzter Richtung zu den Formwalzen 42 zwischen zwei gleichsinnig umlaufenden Formwalzen, um die Achse 46 des Werkstücks 14. Durch Zustellung mindestens eines Werkzeugs bzw. einer Formwalze 42 wird das Werkstück 14 umgeformt. Hier ist dargestellt, dass beide Walzen in der Bewegungsrichtung bzw. Kraftausübungsrichtung 62 auf das Werkstück 14 zubewegt werden. Es ist jedoch ebenfalls möglich, lediglich eine der Walzen 42 in Richtung auf das Werkstück 14 bzw. die andere Walze zuzubewegen, wobei die Rotationsachse des Werkstücks 14 verschoben wird. Das Werkstück 14 wird hier durch ein Spannfutter 56, dessen Spannbacken dargestellt sind, in Axialrichtung gehalten. Das Spannfutter 56 dient hier als Axialführung 54, um zu verhindern, dass sich das Werkstück 14 beim Walzen in Richtung des späteren Ventiltellers bewegt, was durch den axialen Anteil der Walzkräfte im Bereich der Ventiltellerrückseite bewirkt wird.
Das Formwalzen weist unter anderem den Vorteil auf, dass die molekulare Kettenstruktur im Werkstück 14 erhalten bleibt, was einen ungestörten Faserverlauf erzeugt. Dadurch kann anhand der Kristallstruktur durch metallurgische Verfahren auch am fertigen Ventil festgestellt werden, dass es durch Formwalzen hergestellt bzw. geformt wurde.
Die Achsen 48 der Formwalzen 42 bilden eine Ebene und die Achse des Werkstücks 14 liegt parallel zu dieser Ebene, nicht jedoch in diese Ebene sondern in der Zeichnung unter dieser Ebene. Bei einem Walzvorgang würde das Werkstück 14 nach unten weggedrückt werden, sobald die Formwalzen 42 mit einem Walzvorgang beginnt. Das Werkstück 14 wird daher in der Figur von unten durch eine Führung bzw. Radialführung 52 gestützt, die als Radialführung dient. Durch Anwenden des Kräfteparallelogramms wird klar, dass die Kraft die auf die Führung wirkt, viel geringer sein kann, als die Walzkräfte die durch ein zusammenfahren der Formwalzen 42 entstehen. Daher kann im Bereich der Auflage eine Gleitreibung erzeugt werden, auch wenn von den Walzen starke Walzkräfte in der Bewegungs-/Walzdruckrichtung erzeugt werden.
Es ist ebenfalls möglich die Oberfläche der Radialführung 52 zu schmieren, um den Verschleiß der Kontaktfläche mit der Radialführung 52 zu verringern. Während des Walzens kann die Führung in Richtung der Achse 46 des Werkstücks 14 nach oben nachgeführt werden, um die Belastung der Radialführung 52 zu verringern. Es ist ebenfalls vorgesehen eine mehrteilige Führung zu verwenden, die sich an die verschiedenen Stadien der Umformung, insbesondere im Bereich des Ventilkopfes, anpassen kann. Es ist ebenfalls vorgesehen, anstelle einer starren Führung, eine Reihe von Rollen einzusetzen, die verschleißärmer betrieben werden können. Die Rollen können in Axialrichtung bewegt werden, um lokale Verformungen des Werkstücks durch die Führungsrollen zu vermeiden.
Über dem Werkstück kann gegenüber der Radialführung 52 ein Heizelement angebracht werden, das durch eine Flamme, Strahlung oder Induktion das Werkstück 14 heizt, um sicherzustellen, dass während des gesamten Umformprozesses ein Warmwalzen stattfindet.
Bei dem angewendeten Walzverfahren kann das Werkstück 14 bereits vor dem Walzen in Axialrichtung so weit nach oben verschoben werden, bis es mit dem oberen Rand der Formwalzen abschließt. Es ist jedoch ebenfalls möglich, das Werkstück 14 während des Walzvorgangs nach oben in Richtung des Ventilschaltendes zu bewegen, bis das Ventilschaftende mit dem oberen Rand der Formwalzen abschließt.
Es kann ebenfalls vorgesehen sein, das Werkstück 14 durch das Spannfutter anzutreiben, um so einen Schlupf zwischen den Formwalzen 42 und dem Werkstück 14, insbesondere im Bereich des Ventiltellers, bzw. der Ventiltellerrückseite zu erreichen. Da die Ventiltellerrückseite eine kleinere Fläche als die Mantelfläche des Ventilschafts aufweist, scheint es ratsam einen Schlupf zwischen einer Ventiltellerrückseite und den entsprechenden Abschnitten der Formwalzen 42 zu erzeugen, da es sonst aufgrund der Torsionskräfte zwischen der Ventiltellerrückseite und dem Ventilschaft zu einer Zerstörung des Ventils kommen könnte. Die Winkelgeschwindigkeitsverhältnisse zwischen Schaft und Ventilteller sind dabei mindestens so groß wie die entsprechenden Radienverhältnisse zwischen Ventilschaft und Ventilteller. Daraus ergibt sich bei einem Durchmesserverhältnis zwischen Ventilteller zu Ventilschaft von ca. 5 jeweils ein Verhältnis der Winkelgeschwindigkeiten für den durchschnittlichen Durchmesser des Ventiltellers zu dem Schaftdurchmesser von ca. 2,5, was bei einem normalen Walzvorgang ausreichen sollte, den Ventilteller vom Schaft abzudrehen bzw. abzureißen. Daher kann es vorgesehen sein, das Werkstück 14 beim Formwalzen mit einer höheren Geschwindigkeit anzutreiben, um im Bereich des Ventiltellers einen Schlupf zu erzeugen, der den Übergang vom Ventilteller zu dem Ventilschaft deutlich entlastet und so eine Zerstörung des Werkstücks 14 beim Formwalzen verhindern kann. Dazu kann das Spannfutter durch einen gesonderten und nicht dargestellten Antrieb in Rotation versetzt werden, wenn dies vorgesehen ist.
Weiterhin kann die Walzvorrichtung mit einer Einzelwalzendrehzahlsteuerung versehen sein, die im Detail in 1B dargestellt ist, um den Verschleiß der Radialführung 52 zu verringern. Dies ist im Detail in 1B dargestellt. Um die 1A nicht zu unübersichtlich werden zu lassen, ist die Steuerung in 1A nicht dargestellt.
1B zeigt die gleichen Elemente wie 1A, wobei die Formwalzen 42 ein fertig formgewalztes Werkstück 14A, wobei die Formwalzen 42 in einer Position am Ende des Walzvorgangs dargestellt sind. Die Darstellung ist rein Schematisch. Die Formwalzen 42 haben das Werkstück 14 zu einem umgeformten Werkstück 14A umgeformt. Das umgeformte Werkstück 14A weist immer noch eine Durchgangsöffnung 28 auf, die sich durch den gesamten Ventilschaft erstreckt.
Die Formwalzvorrichtung von 1B ist mit einem Kraftaufnehmer 66 an mindestens eine Radialführung 52 versehen, um zu messen, mit welcher Kraft das Werkstück durch die Formwalzen 42 gegen die Radialführung 52 gepresst wird. Die Formwalzvorrichtung von 1B ist ebenfalls mit einzeln angetriebenen Formwalzen 42 versehen, die einzeln mit einer gewählten Drehzahl angesteuert werden können. Der Kraftaufnehmer bzw. der Kraftsensor 66 ist mit einer Steuerung 68 verbunden, die mindestens die Drehzahl bzw. den Antrieb einer der Formwalzen 42 steuert, um die Kraft, die das Werkstück 14/14A beim Walzen auf die Radialführung 52 ausübt, zu begrenzen. Es kann ebenfalls vorgesehen sein, dass die Steuerung auch eine Drehzahl bzw. einen des Werkstücks steuert, um die Belastung der Radialführung 52 zu verringern oder zumindest zu begrenzen.
Das Werkstück kann durch eine differenzielle Ansteuerung der Formwalzen in der Mitte zwischen den beiden Formwalzen oder an einer anderen Position gehalten werden, sodass die Belastung und der Verschleiß der Führungen 52 minimiert werden kann. Das System lässt sich auch bei Walzvorrichtungen mit zwei Führungen anwenden. Durch eine entsprechende Steuerung kann ebenfalls die Standzeit der Walzvorrichtung erhöht werden, da die Intervalle, in denen die Führungen ausgetauscht werden müssen, verlängert werden können.
Auch wenn die Steuerung zur Begrenzung der Belastung der Radialführung 52 nur in Zusammenhang mit 1B beschrieben ist, wird hier explizit darauf hingewiesen, dass diese Steuerung auch bei den anderen, in den Figuren dargestellten Ausführungsformen, als offenbart anzusehen ist. Die Steuerung wurde nur in 1B beschrieben, da eine redundante Wiederholung nur den Umfang der Beschreibung unnötig erhöht hätte.
1C zeigt das fertig umgeformte Werkstück 14A das einen Teil umfasst, der im Wesentlichen einen Ventilkörper bildet. Der Ventilkörper weist einen Ventilschaft 8 auf, der an einem unteren Ende in einem Ventilteller 6 bzw. einer Rückseite eines Ventiltellers 24 ausläuft. Der Ventilkörper umfasst noch keine Ventiltellerfläche. Der Ventilschaft 8 endet oben am Schaftende 36, an dem das Ventil später angesteuert werden kann. Das Schaftende kann wie dargestellt direkt durch Formwalzen hergestellt sein, es ist jedoch ebenfalls möglich das Schaftende 36 erst später auszuformen.
Das Durchgangsloch 28 wurde zu dem Hohlraum 10 in den Ventilteller 6 und den Ventilschaft 8 umgeformt. Es ist ebenfalls möglich, lediglich den Hohlraum 10 durch Umformen zu erzeugen und später den Ventilschaft durch eine spanende Bearbeitung auf einen Enddurchmesser zu bringen, falls es nicht möglich sein sollte die Parameter Durchmesser des Durchgangslochs 28 bzw. Sacklochs und der Wandstärke des Werkstücks vor und nach dem Formwalzen zu erreichen.
Das Werkstück kann entlang der gepunkteten Linie die die Trennstelle 30 bildet, von dem rohrförmigen Rest getrennt werden. An der Ventiltellerfläche befindet sich hier noch eine Öffnung 18, die später mit einem Deckel verschlossen werden kann, um ein fertiges Ventil zu bilden.
1D zeigt das fertige, durch Umformen hergestellte Ventil 4. Das Ventil 4 weist einen Ventilschaft 8 auf, der an einem unteren Ende in einem Ventilteller 6 bzw. einer Rückseite eines Ventiltellers 24 ausläuft. Die Öffnung 18 an der Ventiltellerfläche 22 ist durch einen Deckel 20 verschlossen, der an einer Fügestelle 32 mit dem Ventil durch Reib-, Widerstands, Elektronenstrahl- oder Laserschweißen verbunden wurde.
Der Hohlraum 10 ist mit einem Natrium-Kühlmittel 12 gefüllt. Als Kühlmittel wird üblicherweise Natrium verwendet, das bei Betriebstemperaturen des Verbrennungsmotors in einem flüssigen Zustand vorliegt. Üblicherweise ist nicht der gesamte Hohlraum 10, sondern nur 1/4, 1/3, 1/2, 2/3 bis 3/4 des Hohlraums des Ventils mit Natrium gefüllt. Im Betrieb bewegt sich das Natrium im Ventilschaft 8 bzw. im Hohlraum 10 des Ventilschafts 8 auf und ab und transportiert dabei Wärme von dem Ventilteller 6 in Richtung des gekühlten Ventilschafts 8 (Shaker-Kühlung). Das Natrium bewegt sich dabei bei jedem Öffnungs- bzw. Schließvorgang innerhalb des Ventils 2. Der Hohlraum 10 wurde bei dem Ventil 2 dadurch erzeugt, dass der Ventilteller 6 an der Ventiltellerfläche 22 mit einer Öffnung 18 versehen wurde.
2A entspricht im Wesentlichen 1A. Eine Beschreibung von Bezugszeichen und Elementen die bereits im Zusammenhang mit 1A beschrieben sind, wird hier nicht noch einmal wiederholt. Anstelle eines rohrförmigen Werkstücks 14, wird nun ein becherförmiges Werkstück 16 verwendet, bei dem ein Boden bereits den Ventilteller 6 bzw. die Ventiltellerfläche 22 bildet. Anstelle eines Durchgangslochs wird ein Sackloch 26 verwendet.
Der Durchmesser des Werkstücks 16 ist im Bereich des späteren Ventiltellers größer als im Bereich des späteren Ventilschafts 8. Das Werkstück weist bereits im Wesentlichen oder genau, die Höhe des späteren Ventils auf. Durch das Formwalzen wird hier im Wesentlichen der Ventilschaft geformt. Der Ventilteller kann bereits zu einem großen Teil durch spanende Bearbeitung geformt sein. Das becherförmige Werkstück 16 wird in Axialrichtung durch eine Axialführung 54 gehalten, um die Rückseite des Ventiltellers formen zu können. Es ist ebenfalls vorgesehen, das becherförmige Werkstück 16 mit einem Ansatz zu versehen, an dem ein Spannfutter angreifen kann, um das becherförmige Werkstück während des Formwalzens mit einer wählbaren Geschwindigkeit drehen zu können. Dies wurde bereits bei der Beschreibung der 1A und 1B ausgeführt. Mit einem Ansatzstück, dass in einem Spannfutter gehalten wird, kann ein Schlupf zwischen dem Ventilteller und den Formwalzen erreicht werden. Das Ansatzstück kann nach dem Formwalzen durch spanende Bearbeitung entfernt werden.
Im Gegensatz zu der Ausführung von 1A kann eine Wandstärke des Teils des becherförmigen Werkstücks 16, das später den Ventilschaft bildet, dünner ausgeführt werden, was später eine geringere Wandstärke des Ventilschafts ergibt. Weiterhin wird bei dieser Auslegung das becherförmige Werkstück 16 weniger stark umgeformt als das Werkstück von 1A/1B.
In 2B ist das Ventil bereits nach dem Formwalzen weitgehend fertig. Der Hohlraum 10 weist im Bereich des Ventiltellers einen großen Durchmesser auf, was verbesserte Kühleigenschaften erwarten lässt. Der Schaft weist eine geringere Wandstärke als im Falle der 1B auf. Es ist aufgrund des geringeren Umformungsgrades möglich, den Schaft zu walzen ohne dass es notwendig werden kann den Außendurchmesser des Ventilschafts durch einen weiteren Bearbeitungsschritt zu verringern.
2C stellt ein erfindungsgemäßes innengekühltes Ventil 4 dar, das einen Ventilschaft aufweist, der an einem unteren Ende in einem Ventilteller ausläuft. Der Ventilschaft 8 endet oben in einem Schaftende 36. Innen ist das Ventil mit einem Hohlraum 10 versehen, der mit einem Kühlmittel 12 gefüllt ist. Dass Kühlmittel kann beispielsweise durch eine Öffnung oder Bohrung am Ventilschaft mit dem Kühlmittel gefüllt werden. Das erfindungsgemäße Ventil weist im Bereich des Ventiltellers einen Hohlraum mit einem großen Durchmesser auf, der den Durchmesser des Ventilschafts übersteigen kann. Der Ventilteller, mit der Ventiltellerfläche 22, der Ventiltellerrückseite 24 und der Ventilschaft sind dabei aus einem Stück geformt. Das fertige Ventil weist daher weder im Bereich des Ventiltellers noch im Bereich des unteren Ventilschafts Fügestellen auf. Es ist möglich den Hohlraum 10, durch ein durch beispielsweise Reibschweißen angebrachtes Ventilschaftende, nach dem Befüllen mit Kühlmittel zu verschließen.
3A stellt im Wesentlichen die Formwalzvorrichtung von 2A dar. Eine Beschreibung von Bezugszeichen und Elementen die bereits im Zusammenhang mit 1A oder 2A beschrieben sind, wird hier nicht noch einmal wiederholt. Im Unterschied zu den Formwalzen von 2A sind die Formwalzen von 3A mit einer Oberflächenstruktur 58 versehen, die beim Formwalzen einen Transport des Werkstückmaterials in Axialrichtung bewirkt. Die Oberflächenstruktur 58, die einen Transport des Werkstückmaterials in Axialrichtung bewirkt, ist hier als Gewinde ausgeführt, das bei einer Rotation der Formwalzen 42 eine Axialkraft in Richtung eines späteren Ventilschaftendes erzeugt. Mit der Oberflächenstruktur ist es möglich, ein kürzeres becherförmiges Werkstück 16 zu verwenden. Beim Formwalzen wird ebenfalls eine Kraft in Axialrichtung auf das becherförmige Werkstück ausgeübt, wodurch das Material beim Walzen sich nicht nur in Radialrichtung sondern auch in Axialrichtung ausbreiten kann.
Die Oberflächenstruktur 58 ist hier als Gewinde ausgeführt. Das Gewinde ist mit kleiner Flankenhöhe und kleiner Steigung ausgeführt, das lediglich Kräfte ausübt, nicht jedoch ein Gewinde in den Ventilschaft einwalzt.
Wenn die Formwalzen einen Druck auf das becherförmige Werkstück 16 ausüben, kann das Material nicht nur in Umfangs- und Radialrichtung fließen, sondern ist aufgrund der Axialkräfte auch in der Lage in Axialrichtung zu fließen bzw. sich zu verformen. Dieser Effekt ergibt insgesamt eine Möglichkeit mit einem becherförmigen Werkstück mit größerer Wandstärke zu beginnen, was die Prozesssicherheit des Verfahrens deutlich erhöhen kann.
Es ist natürlich ebenfalls möglich nur eine der Formwalzen mit der Oberflächenstruktur 58 zu versehen, die einen Transport des Werkstückmaterials in Axialrichtung bewirkt oder eine Axialkraft in dem Werkstück erzeugt.
3B veranschaulicht den Walzvorgang von dem becherförmigen Werkstück 16 in Richtung des Ventilschaftendes, wobei die Materialverlagerung durch dünne Pfeile angedeutet ist.
Die 3A und 3B können ohne eine Axialführung auskommen, wenn die Oberflächenstruktur 58 eine hinreichend große Axialkraft erzeugt, um die Rückseite der Ventiltellerfläche 24 durch Formwalzen umzuformen.
3C zeigt ein Ventil 4 das mit der Formwalzvorrichtung der 3A und 3B hergestellt wurde. Es unterscheidet sich von dem Ventil der 2C lediglich durch die Kristallstruktur des Materials.
4A entspricht im Wesentlichen 1A bis 3A. Eine Beschreibung von Bezugszeichen und Elementen die bereits im Zusammenhang mit 1A bis 3A beschrieben sind, wird hier nicht noch einmal wiederholt.
4A nutzt das gleiche kurze becherförmige Werkstück 16, wie es in 3A und 3B dargestellt ist. Anstelle zylinderförmiger Walzen, deren Achsen parallel zueinander ausgerichtet sind, verwendet die Ausführung von 4A und 4B hyperboloide Formwalzen 44, deren Achsen windschief zueinander stehen. Das Walzverfahren stellt ein Schrägwalzverfahren dar, da mindestens die Achse eines der Formwalzen gegenüber der Achse des becherförmigen Werkstücks geneigt ist. Technisch gesehen sind die Achsen der Walzen zueinander windschief, wobei ein Winkel zwischen den Achsen als der Winkel bei orthogonaler Projektion der Achsen angegeben werden kann. Hier sind die Achsen 48 der Formwalzen jeweils im gleichen Winkel zur Achse 46 des becherförmigen Werkstücks 16 geneigt. Durch die Neigung und Drehung wird beim Walzen eine Axialkraft in Richtung des späteren Ventilschaftendes erzeugt. Damit kann ein ähnlicher Effekt erzeugt werden, wie mit der Oberflächenstruktur 58 in den 3A und 3B. Es ist natürlich ebenfalls möglich, die Formwalzen der 4A und 4B mit einer entsprechenden Oberflächenstruktur 58 auszustatten, wie sie in den 3A und 3B offenbart wurde. Die Formwalzen 44 bilden einschalige Rotationshyperboloide, deren erzeugende nicht Geraden, sondern das Profil eines Ein- oder Auslassventils sind. Zylindrische Walzen würden kein zylindrisches Produkt sondern ein einschaliges Hyperboloid erzeugen, da sich der Abstand der Achsen der Walzen, je nach Entfernung von dem geringsten Abstand vergrößert. Um diesen Effekt auszugleichen, müssen die Walzen selber eine Form eines einschaligen Hyperboloids aufweisen. Beim Schrägformwalzen müssen die Walzen zudem die Profilierung des Endprodukts aufweisen. Bilden also profilierte einschalige Hyperboloidflächen.
Im Gegensatz zu den Ausführungsformen der 1A bis 3B wird das Werkstück hier von zwei gegenüberliegenden Radialführungen 52 geführt, die das becherförmige Werkstück 16 zwischen den hyperboloiden Schrägwalzen 44 führen. Die Führungen müssen während des Formwalzvorgangs ebenfalls nachgeführt werden. Es ist dabei insbesondere möglich, die Einzelwalzensteuerung von 4B auch bei der Walzvorrichtung von 4A und 4B einzusetzen.
Das Werkstück kann von einer Axialführung 54 geführt werden, kann aber auch über ein Ansatzstück durch ein Spannfutter gehalten, geführt und/oder gedreht werden.
Wie in 1B können hier beide Radialführungen 52 mit jeweils mindestens einem Kraftaufnehmer 66 versehen sein, die jeweils mit einer Steuerung 68 verbunden sind, die wiederum die Drehzahl bzw. den Antrieb mindestens einer der Formwalzen 44 steuert. Auch hier kann die Steuerung dazu verwendet werden, das Werkstück 16 genau zwischen den Walzen 44 zu halten und/oder den Verschleiß der Radialführungen 52 zu verringern.
4A stellt die hyperboloiden Formwalzen 44 in einer Endposition nach dem Formwalzen dar. Bei Verwendung von hyperbolischen Formwalzen werden in dem Schaft Torsionskräfte erzeugt, die bei geringeren Walzenachsenwinkeln jeweils geringer ausfallen.
Je größer der Winkel zwischen den Walzenachsen 48 ist, desto größer wird die erzeugte Axialkraft.
Die Ausführungsform der 4A und 5B kann ebenfalls ohne eine Axialführung auskommen, da durch die Schrägwalzen eine hinreichend große Axialkraft erzeugt wird. Es ist ebenfalls möglich die Oberflächenstruktur 58 der 3A und 3B einzusetzen, um eine beim Walzen erzeugte Axialkraft weiter zu erhöhen.
5A stellt eine Kombination der 1A, 2A, 3A und 4A dar. Wie in der 1A wird das becherförmige Werkstück nur von einer Seite durch eine Radialführung 52 geführt. Die linke Formwalze 42 weist die gleiche Form aus, wie in den 1A und 2A und die Achse der linken Formwalze 42 ist parallel zu der Achse des becherförmigen Werkstücks 16 ausgerichtet. Die linke Formwalze ist wie in der 4A als hyperbolische Formwalze 44 ausgeführt. Die hyperbolische Formwalze 44 ist zudem mit der Oberflächenstruktur 58 der 3A und 3B versehen. Die Achse 50 der hyperbolischen Formwalze 44 ist im Verhältnis zu der Achse 48 der linken Formwalze 42 und der Achse 46 des becherförmigen Werkstücks geneigt. Damit erzeugt die rechte hyperbolische Formwalze 44 beim Formwalzen eine starke Axialkraft in Richtung des späteren Ventilschaftendes. Diese Axialkraft reicht, bei geeigneter Auslegung aus, um ein kurzes becherförmiges Werkstück 16 beim Formwalzen in Axialrichtung zu verlängern.
5B stellt die Walzvorrichtung am Ende des Walzvorgangs dar. Die hyperboloiden Formwalzen 44 befinden sich in 5B in einer Endposition nach dem Formwalzen. Durch die Form der Walzen, überdeckt die linke hyperbolische Formwalze 44 das obere Ventilschaftende des gewalzten Ventils. Die Form der Walzen bedingt ebenfalls, dass der Ventilteller den unteren Teil der linken hyperbolischen Formwalze 44 überdeckt. Ebenso überdeckt der untere Teil der rechten hyperbolischen Formwalze 44 teilweise den Ventilteller des umgeformten Werkstücks 16A. Das Ventilschaftende überdeckt den oberen Teil der Kontaktstelle der rechten hyperbolischen Formwalze 44 mit dem Ventilschaftende.
Bei der einseitigen Führung durch die Radialführung 52 ergibt sich die Möglichkeit gegenüber der Radialführung 52 eine Heizung anzubringen, die beispielweise über eine Induktionsheizung oder eine Gasheizung das becherförmige Werkstück erwärmt, um das Werkstück 16 einen Temperaturbereich zu halten, in dem ein Warmwalzen bzw. ein Warmformschrägwalzen möglich ist.
6A und 6B stellen eine weitere zusätzliche Ausführungsform eines Werkstücks und eines innengekühltes Ventils dar. Das Werkstück das in 6A gezeigt ist, entspricht im Wesentlichen dem Werkstück von 2A. Im Unterschied zu dem Werkstück von 2A ist das Werkstück von 6A mit einer Außenkontur 70 versehen. Das Sackloch 26 ist wie in 2A als zylindrisches Loch ausgeführt. Die Außenkontur 70 bildet zusammen mit dem zylindrischen Sackloch 26 eine Dickenvariation des Schaftes.
Durch das Umformen wird die Außenseite des Schaftes im Wesentlichen zylindrisch umgeformt. Dabei wird die Außenkontur 70 eingeebnet und nach innen auf die Innenseite des Sacklochs 26 übertragen, wobei innen in dem Sackloch eine Innenkontur entsteht. Die Dickenvariation des Schaftes bleibt dabei im Wesentlichen erhalten, wobei die Kontur nach dem Umformen nun auf der Innenseite d. h. in dem Hohlraum 10 als Innenkontur 72 ausgebildet ist. Hier ist die Innenkontur so ausgeführt, dass sie am Übergang zwischen Ventilteller 6 und Ventilschaft 8 eine Lavaldüse bildet. Es sollte klar sein, dass mit diesem Verfahren auch andere Innnenkonturen erzeugt werden können. Es sollte ebenfalls klar sein, dass dieses Prinzip ebenfalls auf die Ausführungsformen angewendet werden können, bei denen ebenfalls eine Verlängerung des Schaftes beim Umformen erreicht wird, wie beispielsweise in den 3, 4 und 5, jeweils A bis C. Es muss dabei lediglich auch eine Verbreiterung und Verflachung der Kontur in Axialrichtung berücksichtigt werden. Durch dieses Verfahren lassen sich ohne weiteres strömungsgünstig geformte Hohlräume 10 erreichen, die einen konischen Übergang zwischen dem Schaft und dem Ventilteller ermöglichen. Es kann wie dargestellt ebenfalls wünschenswert sein, Düsenformen wie die dargestellte Laval-Düse in dem Hohlraum 10 zu erzeugen. Durch dieses Verfahren ist es mit sehr einfachen technischen Maßnahmen möglich, nahezu beliebige glatte bzw. stetige Innenkonturen 70 zu erzeugen.
Es sollte erwähnt werden, dass auch alle Kombinationen von Merkmalen der 1A und 1B bis 5A und 5B als offenbart angesehen werden sollen, sofern sie technisch umgesetzt werden können. Dies betrifft insbesondere die Steuerung bzw. Regelung der einzelnen Walzengeschwindigkeiten in Abhängigkeit von Kräften, die an mindestens einer Radialführung gemessen wurde. Weiterhin sind Konfigurationen mit einseitiger und beidseitiger Abstützung durch Radialführungen für alle Ausführungsformen geplant.
Bezugszeichenliste

4: erfindungsgemäßes innengekühltes Ventil
6: Ventilteller
8: Ventilschaft
10: Hohlraum
12: Kühlmittel
14: Werkstück rohrförmig
14A: Werkstück rohrförmig umgeformt
16: Werkstück becherförmig
16A: Werkstück becherförmig umgeformt
18: Öffnung
20: Deckel
22: Ventiltellerfläche
24: Ventilteller-Rückseite
26: Sackloch
28: Durchgangsloch
30: Trennstelle
32: Fügestelle
36: Schaftende
42: Formwalze
44: Hyperbelförmige Formwalze
46: Achse des Werkstücks
48: Achse der Formwalze
50: Achse der hyperbelförmigen Formwalze
52: Führung/Radialführung
54: Axialführung
56: Spannfutter
58: Oberflächenstruktur, die einen Transport des Werkstückmaterial in Axialrichtung bewirkt
60: Drehrichtung
62: Bewegungs-/Walzdruckrichtung
64: Achsstummel
66: Kraftaufnehmer
68: Steuerung der Walzendrehzahl der Formwalzen
70: Außenkontur
72: Innenkontur

Claims

Verfahren zum Herstellen eines innengekühlten Ventils (4) für Verbrennungsmotoren, umfassend: Bereitstellen eines Werkstücks (14, 16), das einen Schaft und ein zylindrisches Loch (26, 28) umfasst, das von einem Ventilschaftende (36) in Axialrichtung verläuft, Umformen des Ventilschaftendes (36) durch Formwalzen des Schaftes auf einen kleineren Durchmesser, wobei ein Durchmesser des zylindrischen Lochs verringert wird und das Loch (26, 28) noch bestehen bleibt, und Umformen eines Abschnitts des Werkstücks (14, 16), das an den Ventilschaft (8) anschließt, durch Formwalzen zu einem Ventilkopf.
Verfahren zum Herstellen eines innengekühlten Ventils (4) für Verbrennungsmotoren, nach Anspruch 1, wobei das Werkstück (14, 16) vor dem Formwalzen einen Durchmesser von mindestens dem des Ventiltellers (6) des fertigen Ventils umfasst, und weiter umfassend: Formwalzen eines Übergangs zwischen dem Ventilkopf und dem Ventilschaft (8) zu einer Hohlkehle.
Verfahren zum Herstellen eines innengekühlten Ventils (4) für Verbrennungsmotoren, nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Werkstück (16) becherförmig ist, wobei das becherförmige Werkstück (14, 16) an einem Boden des Werkstücks (16) einen Durchmesser aufweist, der mindestens dem des Ventiltellers (6) entspricht, wobei das zylindrische Loch ein Sackloch (26) ist, das von einem Ventilschaftende (36) in Richtung des Bodens des becherförmigen Werkstücks (16), verläuft, und wobei das Formwalzen ein Umformen des Schaftes und ein Formen des Ventilkörpers umfasst.
Verfahren zum Herstellen eines innengekühlten Ventils (4) für Verbrennungsmotoren, nach Anspruch 3 wobei eine äußere Bodenfläche des Werkstücks (16) bereits die Form des Ventiltellers (6) aufweist.
Verfahren zum Herstellen eines innengekühlten Ventils (4) für Verbrennungsmotoren, nach Anspruch 3 oder 4, wobei das Werkstück (16) becherförmig ist, und wobei das becherförmige Werkstück (16) an einem Boden des Werkstücks (16) einen größeren Durchmesser aufweist als im Bereich des zylindrischen Schaftes.
Verfahren zum Herstellen eines innengekühlten Ventils (4) für Verbrennungsmotoren, nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Werkstück (14, 16) durch Führungen zwischen den Walzen gehalten wird.
Verfahren zum Herstellen eines innengekühlten Ventils (4) für Verbrennungsmotoren, nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Werkstück (14, 16) warmgewalzt wird.
Verfahren zum Herstellen eines innengekühlten Ventils (4) für Verbrennungsmotoren, nach einem der vorstehenden Ansprüche, weiter umfassend: Bewegen des Werkstücks (14, 16) in Axialrichtung in Richtung des Schaftendes (36) während des Walzens.
Verfahren zum Herstellen eines innengekühlten Ventils (4) für Verbrennungsmotoren, nach einem der vorstehenden Ansprüche, weiter umfassend: Drehen des Werkstücks (14, 16) während des Walzens.
Verfahren zum Herstellen eines innengekühlten Ventils (4) für Verbrennungsmotoren, nach einem der vorstehenden Ansprüche, weiter umfassend: Drehen des Ventilschaftes (8) auf einen gewünschten Außendurchmesser, nachdem ein gewünschter Innendurchmesser des Ventilschaftes (8) durch Walzen erreicht wurde.
Verfahren zum Herstellen eines innengekühlten Ventils (4) für Verbrennungsmotoren, nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Bereitstellen des Werkstücks (14, 16), ein Bereitstellen des Werkstücks (14, 16) mit einem nicht-zylindrischen Schaft mit einer Außenkontur (70) und dem zylindrischen Loch (26, 28) umfasst, wobei das Umformen des Ventilschaftendes (36) durch Formwalzen ein Umformen des Ventilschaftendes (36) durch Formwalzen des Schaftes auf einen kleineren Durchmesser umfasst, wobei ein Durchmesser des zylindrischen Lochs verringert wird und ein nicht-zylindrisches Loch mit einer Innenkontur (72) bestehen bleibt.
Vorrichtung zum Herstellen eines innengekühlten Ventils (4) für Verbrennungsmotoren, aus einem Werkstück (14, 16), umfassend: ein Walzwerk zum Rundquerwalzen oder zum Schrägwalzen, wobei mindestens zwei Formwalzen (42, 44) ein Profil eines Auslassventils aufweisen.
Vorrichtung zum Herstellen eines innengekühlten Ventils (4) nach Anspruch 12, weiter umfassend: einen Dorn, der in ein Loch (26, 28) eines Werkstücks (14, 16) eingeführt werden kann, um das Werkstück (14, 16) beim Walzen zu führen.
Vorrichtung zum Herstellen eines innengekühlten Ventils (4) nach Anspruch 12 oder 13, weiter umfassend: mindestens eine Führung, um das Werkstück (14, 16) zwischen den Walzen zu halten und zu führen, wobei die mindestens eine Führung ein Gleitelement oder ein oder mehrere Rollen umfasst, die an einer Außenfläche des Werkstücks (14, 16) anliegen.
Vorrichtung zum Herstellen eines innengekühlten Ventils (4) nach Anspruch 11, 12, 13 oder 14, weiter umfassend: mindestens einen Kraftaufnehmer an der mindestens einen Führung, sowie einzeln angetriebene Formwalzen (42, 44), und eine Steuerung, die die Drehzahl der Formwalzen (42, 44) so steuert, dass die Kraft auf die Führungen minimiert wird.
Vorrichtung zum Herstellen eines innengekühlten Ventils (4) nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Achsen der Walzen windschief in einem Winkel von 1° bis 12°, bevorzugt von 2° bis 10° und weiter bevorzugt von 3° bis 8° zueinander angeordnet sind.
Vorrichtung zum Herstellen eines innengekühlten Ventils (4) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse des Werkstücks (14, 16) und die Achsen der Formwalzen (42, 44) jeweils windschief in einem Winkel von 0,5° bis 6° bevorzugt von 1° bis 5° und weiter bevorzugt von 1,5° bis 4° zueinander angeordnet sind.
Vorrichtung zum Herstellen eines innengekühlten Ventils (4) nach einem der Ansprüche 16 oder 17, wobei mindestens eine der Formwalzen (44) eine hyperboloide Außenfläche aufweist.
Vorrichtung zum Herstellen eines innengekühlten Ventils (4) nach einem der Ansprüche 12 bis 18 wobei mindestens eine der Formwalzen (42, 44) eine Oberflächenstruktur aufweist, die einen Transport des Materials des Werkstücks in Axialrichtung bewirkt.
Vorrichtung zum Herstellen eines innengekühlten Ventils (4) nach einem der Ansprüche 12 bis 19, weiter umfassend eine Axial-Führung oder ein Spannfutter um das Werkstück (14, 16) von der Tellerseite aus zu Führen bzw. zu halten.
Vorrichtung zum Herstellen eines innengekühlten Ventils (4) nach einem der Ansprüche 12 bis 20, weiter umfassend einen Aktuator, um das Werkstück (14, 16) von dem Boden aus in Richtung Ventilschaftende (36) axial zu bewegen.
Vorrichtung zum Herstellen eines innengekühlten Ventils (4) nach einem der Ansprüche 12 bis 21, weiter umfassend einen Antrieb, um das Werkstücks (14, 16) während des Walzens mit einer vorbestimmten Umdrehungszahl zu drehen.
Vorrichtung zum Herstellen eines innengekühlten Ventils (4) nach einem der Ansprüche 12 bis 22, weiter umfassend ein Heizelement, um das Werkstück (14, 16) beim Walzen zu erwärmen.
Innengekühltes Ventil (4) für Verbrennungsmotoren, dadurch gekennzeichnet, dass es aus einem Werkstück (14, 16) mit einem der Verfahren der Anspruche 1 bis 10 oder mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 23 umgeformt wurde, wobei das Werkstück (14, 16) einen Schaft umfasst, wobei das Werkstück (14, 16) ebenfalls ein zylindrisches Loch umfasst, das von einem Ventilschaftende (36) in Axialrichtung verläuft, wobei mindestens ein Schaft durch Formwalzen des Schaftes auf einen kleineren Durchmesser umgeformt wurde.
Innengekühltes Ventil (4) für Verbrennungsmotoren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (14, 16) vor dem Formwalzen einen, Durchmesser von mindestens dem des Ventiltellers (6) umfasst, und dass ein Ventilkopf mit einer Hohlkehle durch Formwalzen hergestellt ist.
Innengekühltes Ventil (4) für Verbrennungsmotoren nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (16) becherförmig ist wobei das becherförmige Werkstück (16) an einem Boden des Werkstücks (16) einen Durchmesser aufweist der mindestens dem des Ventiltellers (6) entspricht, wobei das zylindrische Loch ein Sackloch (26) ist, das von einem Ventilschaftende (36) in Richtung des Bodens des becherförmigen Werkstücks (16) verläuft.
Innengekühltes Ventil (4) für Verbrennungsmotoren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück becherförmig (16) ist wobei das becherförmige Werkstück (16) an einem Boden des Werkstücks (16) einen größeren Durchmesser aufweist als im Bereich des zylindrischen Schaftes.
Innengekühltes Ventil (4) für Verbrennungsmotoren nach einem der Ansprüche 24 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass zylindrische Loch (26, 28) nach dem Umformen einen Hohlraum (10) bildet, der innerhalb des Ventilschafts (8) und des Ventiltellers (6) verläuft, der teilweise mit Natrium (12) gefüllt und verschlossen ist.
Innengekühltes Ventil (4) für Verbrennungsmotoren nach einem der Ansprüche 24 bis 28, dadurch gekennzeichnet, Werkstücks (14, 16) vor dem Walzen einen nicht-zylindrischen Schaft mit einer Außenkontur (70) und mit einem zylindrisches Loch (26, 28) aufweist, wobei das Ventil durch das Umformen des Ventilschaftendes (36) durch Formwalzen einen zylindrischen Ventilschaft und ein nicht-zylindrisches Loch mit einer Innenkontur (72) aufweist.