DE10204122C1

DE10204122C1 - Valve, for reciprocating piston machine, comprises a valve disk having an undercut expansion axially protruding over an enlarged area of a valve shaft to axially clamp the enlarged area and produce a form-locking connection

Info

Publication number: DE10204122C1
Application number: DE10204122A
Authority: DE
Inventors: Jens Meintschel; Thomas Stolk; Alexander Von Gaisberg
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2002-02-01
Filing date: 2002-02-01
Publication date: 2003-05-08
Anticipated expiration: 2022-02-02

Abstract

Valve (1) for a reciprocating piston machine comprises a valve shaft (2) and a separately constructed valve disk (3) having a central opening (4) receiving the disk-side end of the valve shaft. An undercut expansion (5) with rounded transitions extending in the peripheral direction and remaining within the central opening is provided in the valve disk. An enlarged area (6) of the disk-side end of the valve shaft engages in the undercut expansion so that the undercut expansion axially protrudes over the enlarged area to axially clamp the enlarged area and produce a form-locking connection loaded in the pressure and tension direction and secured against tilting. The valve plate is made of a material, preferably a ceramic material, having a lower coefficient of expansion than steel (the material of the valve shaft). Independent claims are also included for alternative methods for producing the above valve.

Description

Die Erfindung betrifft ein gebautes Ventil für Hubkolbenma schinen sowie ein Verfahren zur Herstellung eines gebauten Ventils.The invention relates to a built valve for Hubkolbenma machines and a method of producing a built Valve.

Gebaute Ventile haben den Vorteil, dass für den sowohl ther misch als auch mechanisch am stärksten beanspruchten Ventil teller ein gesonderter, bezüglich des dort vorliegenden Bean spruchungsspektrums optimal ausgewählter Werkstoff eingesetzt werden kann. Für den Ventilteller von thermisch besonders hoch beanspruchten Auslassventilen kommen neben Keramiken auch intermetallische Phasen, z. B. Titanaluminid (TiAl), in Frage. Diese Werkstoffe besitzen neben einer hohen Tempera turfestigkeit und Verschleißbeständigkeit auch noch den Vor teil eines geringen spezifischen Gewichtes, was für den Ein satz bei hochfrequent oszillierenden Bauteilen sehr wichtig ist. Bei thermisch weniger stark beanspruchten Einlassventi len kommen - insbesondere aus Gewichts- und Kostengründen - Titan/Aluminiumlegierungen in Betracht.Built valves have the advantage that for the both ther mixed as well as mechanically most stressed valve a separate dish, with respect to the bean present there spectrum of optimally selected material used can be. For the valve disk of thermally special highly stressed exhaust valves come next to ceramics also intermetallic phases, for. As titanium aluminide (TiAl), in Question. These materials have besides a high tempera Durability and wear resistance also the pros part of a low specific weight, what for the one very important for high-frequency oscillating components is. For less thermally stressed intake valves especially for weight and cost reasons - Titanium / aluminum alloys into consideration.

Problematisch bei gebauten Ventilen ist jedoch die Verbindung zwischen den aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehenden Bauteilen. Die Werkstoffe sind entweder an sich nicht schweißbar (Keramik) oder untereinander nicht, zumindest nicht ohne weiteres verschweißbar (Stahl und TiAl oder Stahl und Ti/Al-Legierungen). Lötverbindungen alleine sind aus thermischen Gründen mechanisch nicht haltbar. Mechanische Verbindungen zwischen Schaft und Ventilteller scheitern häu fig an einem Nachlassen der Vorspannung innerhalb der Verbin dung. Es ist hierbei zum einen daran zu denken, dass während des Betriebes von Ventilen starke Temperaturschwankungen auf treten können, nämlich von extremen winterlichen Kältegraden im Motorstillstand bis zu mindestens etwa 800°C bei Vollast. Es ist ferner zu berücksichtigen, dass die unterschiedlichen Werkstoffe auch ein z. T. stark unterschiedliches thermisches Dehnungsverhalten aufweisen. Dadurch kann ein bei Raumtempe ratur gegebener Spannungszustand innerhalb der Verbindung bei angehobenen Betriebstemperaturen reduziert, u. U. sogar ganz beseitigt werden. Wichtig ist aber, dass in allen Betriebszu ständen, nämlich sowohl bei extrem niedrigen als auch bei ex trem hohen Temperaturen, eine gewisse Mindest-Vorspannung in nerhalb der Teller/Schaft-Verbindung erhalten bleibt, weil die Verbindung bei der dynamischen Beanspruchung sich sonst lockern würde, was schließlich den Bruch des Ventils an der Verbindungsstelle und mit ihm die Zerstörung des ganzen Mo tors zur Folge hätte.The problem with built valves, however, is the connection between those made of different materials Components. The materials are either not themselves weldable (ceramic) or not with each other, at least not readily weldable (steel and TiAl or steel and Ti / Al alloys). Solder joints alone are out thermal reasons mechanically not durable. mechanical Connections between stem and valve disc often fail fig to a lessening of the bias within the verbin dung. It is here on the one hand to think that during the operation of valves on strong temperature fluctuations can occur, namely extreme winter degrees of cold in engine standstill up to at least about 800 ° C at full load. It should also be borne in mind that the different Materials also a z. T. strongly different thermal Have expansion behavior. This can be a room temp a given voltage state within the connection increased operating temperatures reduced, u. Even completely be eliminated. But it is important that in all Betriebszu levels, namely both extremely low and ex trem high temperatures, a certain minimum bias in nerhalb the plate / shank connection is maintained, because the connection in the case of dynamic stress otherwise which would eventually break the valve on the Junction and with it the destruction of the whole Mo gate would result.

Die US-PS 2 136 690 zeigt u. a. ein mehrteilig zusammengesetz tes Vollschaftventil, bei dem der Ventilsitz mit einem ver schleißfesten Werkstoff gepanzert ist. Die Panzerung besteht aus einer vorgefertigten, zentrisch gelochten und am Außen rand konisch abgeschrägten Scheibe aus einem widerstandsfähi gen und gut wärmeleitenden Verbundwerkstoff, wobei diese Pan zerungsscheibe bis zum Rand des Ventiltellers ragt und die tellerseitige Dichtfläche bildet. Der Verbundwerkstoff ist durch eine Matrix aus einem zähen und leitfähigen, vorzugs weise Kupfer enthaltenden Metall gebildet, in die fein ver teilt Partikel eines harten und widerstandsfähigen Werkstoffs wie z. B. Wolfram fest haftend eingelagert sind. Bei dem vor bekannten Ventil ist die der Panzerung dienende Scheibe ge meinsam mit einer brennraumseitig aufgelegten Stützscheibe aus herkömmlichen Ventilwerkstoff an das tellerseitige Ende des Ventilschaftes angenietet, wobei der Schaftwerkstoff als Niet dient. Der Ventilteller selber ist hier also für sich mehrteilig, nämlich aus zwei Scheiben ausgebildet. Zur axi alen Abstützung des Ventiltellers ist am Ventilschaft eine Schulter angeschmiedet. Das tellerseitige Ende des Ventil schaftes ragt mit einem als Nietschaft dienenden Zapfen durch die zentrische Öffnung des Ventiltellers hindurch, wobei das äußerste Ende dieses Zapfens zu einem in einer Ansenkung des Ventiltellers sich erstreckenden Nietsenkkopf umgeformt ist.US-PS 2,136,690 shows u. a. a multi-part composite tes Vollschaftventil, in which the valve seat with a ver wear-resistant material is armored. The armor exists from a prefabricated, centric perforated and on the outside edge tapered beveled disc of a resistant gene and good heat conducting composite material, this Pan pulley protrudes to the edge of the valve disk and the plate-side sealing surface forms. The composite is through a matrix of a tough and conductive, preferably wise copper-containing metal formed in the finely ver Shares particles of a hard and resistant material such as B. tungsten are stored firmly adhering. At the front known valve is the armor plate serving ge together with a combustion chamber-side support disk from conventional valve material to the plate end riveted to the valve stem, wherein the shaft material as Rivet serves. The valve disk itself is here so for itself in several parts, namely formed from two discs. To the axi The support of the valve disk is at the valve stem Shoulder forged. The plate end of the valve shaft protrudes with a serving as riveting pin the central opening of the valve disk, wherein the outermost end of this pin to one in a countersink of the Ventiltellers extending rivet head is transformed.

Zwar ist der Ventilteller des aus der US-PS 2 136 690 bekann ten Ventils in beiden Wirkrichtungen der Axialkraft - Druck und Zug - formschlüssig mit dem Ventilschaft verbunden. Nachteilig an dem vorbekannten Ventil ist jedoch, dass prak tisch keine Vorspannkraft-Reserve in dem kurzen Nietschaft vorhanden ist. Die ursprüngliche Vorspannung bleibt also nur dann erhalten, wenn zwischen Teller und Schaft nur vernach lässigbar geringe Temperaturunterschiede bestehen und/oder wenn die für die Bauteile jeweils eingesetzten Werkstoffe ei nen annähernd übereinstimmenden Temparaturausdehnungskoeffi zienten besitzen. Dies kann jedoch bei einer Paarung eines aus Stahl bestehenden Ventilschaftes mit einem Ventilteller aus Keramik oder mit einem solchen aus der intermetallischen Phase Titanaluminid oder aus einer Titan/Aluminium-Legie rung, die außerdem recht unterschiedliche Elastizitätsmodule im Vergleich zum E-Modul von Stahl aufweisen, bei weitem nicht unterstellt werden.Although the valve disc is known from US-PS 2,136,690 valve in both effective directions of the axial force - pressure and Zug - positively connected to the valve stem. A disadvantage of the previously known valve, however, that prak no preload reserve in the short rivet shank is available. The original bias remains only then receive, if between plate and shaft only negligible lässigbar low temperature differences exist and / or if the materials used for each component ei NEN approximately matching Temparaturausdehnungskoeffi owning a client. However, this can happen when pairing a Steel valve stem with a valve plate of ceramic or of intermetallic Phase titanium aluminide or from a titanium / aluminum alloy tion, which also have quite different moduli of elasticity Compared to the modulus of elasticity of steel, by far can not be assumed.

Ein weiteres gebautes Ventil ist in der zwar älteren, aber nicht vorveröffentlichten DE 100 38 332 A1 gezeigt. Dabei weist der hohle oder massive Ventilschaft an der Übergangs stelle in den Ventilteller eine Schulter auf, mit der er sich druckfest am Ventilteller abstützt. Die durchgehende Mitten öffnung des Ventiltellers ist an ihrem brennraumseitigen Ende bzw. Rand konisch aufgeweitet. Nach dem Fügen von Schaft und Teller wird ein brennraumseitiger Überstand des Ventilschaf tes in die konische Erweiterung nach Art eines Nietsenkkopfes zurückgestaucht. Bei der solcherart erzeugten Verbindung zwi schen Ventilschaft und Ventilteller klemmt der Schaft den Teller zwischen Schulter und Anstauchung axial ein. Hierbei ergibt sich eine nur sehr geringe Vorspannkraftreserve, die bei Temperaturanstieg sehr rasch erschöpft ist, insbesondere dann, wenn der Werkstoff des Ventiltellers einen geringeren Temperaturausdehnungskoeffizienten hat als der Schaft werkstoff.Another built valve is in the older, though not previously published DE 100 38 332 A1. there The hollow or massive valve stem points to the transition put a shoulder in the valve plate, with which he is pressure-resistant supported on the valve plate. The through centers opening of the valve disk is at its combustion chamber end or edge conically widened. After joining shaft and Plate becomes a combustion chamber side overhang of the valve stem tes in the conical extension in the manner of a Nietsenkkopfes back compressed. In the connection thus generated zwi valve shaft and valve plate, the shaft clamps the Plate between shoulder and upset axially. in this connection results in only a very small preload reserve, the is exhausted very quickly when the temperature rises, in particular then, if the material of the valve disk has a lower Temperature expansion coefficient has as the shank material.

Die EP 296 619 A1 zeigt ein gebautes Ventil mit Hohlschaft, dessen bauliche Komponenten aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen. Der rohrförmige Ventilschaft besteht vorzugsweise aus Chrom-Molybdän-Stahl und ist am tellerfernen Ende mit ei nem gesonderten Schaftendstück aus Keramik oder aus einem temperaturbeständigen martensitischen Stahl verschlossen. Der Ventilteller, der bevorzugt aus der intermetallischen Phase Titanaluminid bestehen soll, kann durch Präzisionsgießen her gestellt werden. Der fertige Ventilteller ist oberseitig mit einer Sacklochbohrung zur Aufnahme des tellerseitigen Schaf tendes versehen. Durch Aufschrumpfen, kalt Einpressen, Löten oder durch eine Kombination dieser Verbindungstechniken soll der Ventilschaft in der Sacklochbohrung befestigt werden. In einem der dort zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispie le ist die Leibung der Sacklochbohrung außerdem in Axial richtung gewellt aber im Übrigen rotationssymmetrisch ausge bildet. Die endseitige Wandung des Schaftrohres soll unter dem Einfluss von Innendruck und örtlicher Erwärmung aufgewei tet werden, wobei sie sich formschlüssig in die bohrungssei tigen Wellen einlegen soll.EP 296 619 A1 shows a built-in valve with a hollow shaft, its structural components made of different materials consist. The tubular valve stem is preferably Made of chromium-molybdenum steel and is at the plate-distant end with egg nem separate shaft end piece made of ceramic or a temperature-resistant martensitic steel sealed. Of the Valve plate, which preferably consists of the intermetallic phase Titanal aluminide is made by precision casting ago be put. The finished valve plate is on the top with a blind hole for receiving the plate-side sheep provided. By shrinking, cold pressing, soldering or by a combination of these joining techniques the valve stem are fixed in the blind hole. In one of the drawings illustrated there Ausführungsbeispie le is the soffit of blind hole drilling as well in axial direction corrugated but otherwise rotationally symmetrical forms. The end wall of the shaft tube is under the influence of internal pressure and local heating aufgewei They are form-fitting in the Bohrsese should insert corrugated waves.

Nachteilig an dem aus der EP 296 619 A1 bekannten, gebauten Hohlschaftventil ist, dass für eine derartige Umformung ex trem hohe Drücke entsprechend der Umformspannung des Werk stoffes im Warmzustand erforderlich wären. Derartig hohe Drü cke könnten gasförmig nur durch Explosion eines kleinen Sprengsatzes erzeugt werden, der jedoch zum einen in den be engten Verhältnissen innerhalb des Hohlschaftes von 4 mm bis maximal 5 mm Innendurchmesser bei Ventilen für Pkw-Motoren gar nicht unterzubringen wäre und der im Warmzustand des Hohlschaftes auch nicht zeitgenau gezündet werden könnte. Die hohe Umgebungswärme würde bei den engen Umgebungsverhältnis sen den Sprengsatz durch Kontakterwärmung bereits beim Lade vorgang entzünden. Ein serienmäßiger Einsatz derartiger hoch explosiver Treibsätze in der Fertigung würde erhebliche Risi ken für die Menschen, die Maschinen und die Werkstücke bein haltet und wäre sehr problematisch. Denkbar wäre auch, die hohen Drücke während der Warmumformung hydraulisch unter Ver wendung eines flüssigen Metalls oder eines flüssigen Salzes als Übertragungsmediums zu erzeugen, was aber zur Vermeidung von austretenden Metalldämpfen und Badkorrosion ein aufwendi ges Umformwerkzeug mit einer komplizierten und störanfälligen Kapselung, Schutzgaszufuhr und Schleusentechnik erfordern würde. Es ist auch fraglich, ob bei einem so ungünstigen Ver hältnis von Wanddicke zu Durchmesser, wie es bei hohlen Ven tilschäften vorliegt, eine Innenhochdruckumformung überhaupt möglich ist, d. h. ob die Innenhochdruckumformung etwa auf grund der relativen Wanddicke nicht auf grundsätzliche Ver fahrens- oder Machbarkeitsgrenzen stößt. Das aus der EP 296 619 A1 bekannte Ausführungsbeispiel mit einer formschlüssig gesicherten Verbindung zwischen Ventilschaft und Ventilteller kann daher aus praktischen Gründen nicht ernsthaft in Be tracht kommen. Die anderen aus det EP 296 619 A1 bekannten, nicht formschlüssig gesicherten Teller/Schaft-Verbindungen dürften hingegen den sowohl in thermischer als auch in mecha nischer Hinsicht ganz erheblichen statischen und dynamischen Belastungen nicht dauerhaft gewachsen sein.A disadvantage of the known from EP 296 619 A1, built Hollow shaft valve is that for such a transformation ex tremely high pressures in accordance with the deformation stress of the movement would be required in hot condition. Such high levels Could be gaseous only by the explosion of a small gas Be explosive generated, but on the one hand in the be Tight conditions within the hollow shaft of 4 mm maximum 5 mm internal diameter for valves for passenger car engines could not be accommodated and in the warm state of the Hollow shaft could not be fired timely. The high ambient heat would be at the close environmental ratio sen the explosive charge by contact heating already when charging ignite the process. A standard use of such high explosive propellants in production would be a considerable risk ken for the people, the machines and the workpieces bein Hold and would be very problematic. It would also be conceivable that high pressures during hot forming hydraulically under Ver use of a liquid metal or a liquid salt as a transmission medium to produce, but what to avoid of leaking metal vapors and Badkorrosion a aufwendi ges forming tool with a complicated and prone to failure Encapsulation, inert gas supply and lock technology require would. It is also questionable whether at such an unfavorable Ver wall thickness to diameter ratio, as with hollow Ven Tilschäften present, a hydroforming at all possible, d. H. whether the hydroforming approximately on Due to the relative wall thickness not to basic Ver limit of driving or feasibility. From EP 296 619 A1 known embodiment with a form-fitting secured connection between valve stem and valve disc Therefore, for practical reasons, can not seriously be in Be get dressed. The others known from EP 296 619 A1, non-positively secured plate / shaft connections on the other hand, both in thermal and in mecha niches very substantial static and dynamic Burdens can not be sustained.

Durch die zwar ältere, aber nicht vorveröffentlichte Offenle gungsschrift gemäß EP 1 193 375 A1 ist ein Ventil mit einem hohlen Ventilteller bekannt. Der mit dem massiven Ventil schaft monolitisch zusammenhängende Ventilkegel ist brenn raumseitig auf einer möglichst großen Fläche ausgehöhlt, wo bei die Höhlung des Ventilkegels am Außenumfang in eine kurze zylindrische Fläche übergeht. In diese zylindrische Fläche ist ein scheibenartiger Deckel eingesetzt und befestigt, der allerdings eine geringe Kontaktfläche, möglichst sogar einen thermischen Isolierspalt zum Ventilkegel haben soll. Mit die ser Ventilkonstruktion wird eine Temperaturabsenkung des Ven tilkegels gegenüber dem thermisch besonders stark belasteten Deckel angestrebt, wodurch sich die Neigung zu einer Ventil verkokung reduzieren lässt.By the older, but not previously published Offenle In accordance with EP 1 193 375 A1 is a valve with a hollow valve plate known. The one with the massive valve monolithically connected poppet is burning hollowed out on the largest possible area on the room side, where at the cavity of the poppet on the outer circumference in a short cylindrical surface passes. In this cylindrical surface a disc-like lid is inserted and attached, the However, a small contact area, if possible even one thermal insulation gap to the valve cone should have. With the ser valve construction is a temperature drop of Ven tilkegels against the thermally particularly heavily loaded Lid aimed, which tends to a valve reduce coking.

Durch die DE 40 31 549 C1 ist es bekannt, für die Betätigung von Hubventilen erforderliche, aus Stahl bestehende Tassen stößel oder Kipphebel an der Einwirkungsstelle der Nockenwel le mit einer aufgelöteten Keramikplatte zu panzern und ther mische Spannungen in der Lötfuge durch eine in den Lötspalt eingebrachte Zwischenlage aus einer Formgedächtnislegierung in einer Lagenstärke von 0,1 bis 0,6 mm abzubauen. Diese technische Lehre mag zwar bei thermisch nicht, sondern nur bezüglich Verschleiß beanspruchten Tassenstößel oder Kipphe bel und im übrigen bei im wesentlichen ebenen Übergangs- bzw. Kontaktstellen der unterschiedlichen Werkstoffe sinnvoll sein, bei denen die Relativdehnungen parallel zur Kontaktebe ne erfolgen. Jedoch ist dieser Gedanke nicht auf gebaute Hub ventile übertragbar, die zum einen thermisch bis in die Nähe des Erweichungspunktes des Lotes beansprucht sind und bei de nen die Relativdehnung auch quer zur Kontaktstelle zwischen den aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehenden Komponenten erfolgt.DE 40 31 549 C1 it is known for the operation required by lifting valves, made of steel cups plunger or rocker arm at the point of action of Nockenwel to armor with a soldered ceramic plate and ther mixed stresses in the solder joint by a in the soldering gap introduced intermediate layer of a shape memory alloy degrade in a layer thickness of 0.1 to 0.6 mm. This technical teaching may not be thermal, but only with regard to wear loaded tappets or Kipphe and, moreover, in the case of essentially flat transitional or Contact points of different materials makes sense be in which the relative expansions parallel to the Kontaktbe ne done. However, this thought is not based on built-up hub Valves transferable, on the one hand thermally close the softening point of the solder are claimed and de NEN the relative strain also transversely to the contact point between the components made of different materials he follows.

Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein gebautes Ventil bzw. ein entspre chende Herstellungsverfahren aufzuzeigen, dass zum einen die Vorspannung innerhalb der Verbindung zwischen Ventilteller und Ventilschaft im gesamten, während des Betriebes oder Stillstandes der Hubkolbenmaschine auftretenden Temperaturbe reiches zumindest auf einem ausreichend hohen Mindestniveau erhalten bleibt und dass zum anderen die Verbindung unter Einsatz beherrschbarer Fertigungsverfahren auch tatsächlich serienmäßig herstellbar ist.Based on this prior art, the task the invention is a built valve or a corre sponding show that, on the one hand, the Preload within the connection between valve plate and valve stem throughout, during operation, or Standstill of the reciprocating engine occurring Temperaturbe rich at least on a sufficiently high minimum level persists and that to another the connection is under Use of manageable manufacturing processes actually can be produced as standard.

Diese Aufgabe wird bezüglich der Ausbildung des Ventils sel ber erfindungsgemäß auf zweierlei Weise, nämlich zum einen durch die Gesamtheit der Merkmale von Anspruch 1 und zum an deren durch die Gesamtheit der Merkmale von Anspruch 2 und bezüglich des Verfahrens entsprechend der beiden unterschied lichen Ventil-Lösungen ebenfalls auf zweierlei Weise, nämlich zum einen durch die Gesamtheit der Merkmale von Anspruch 14, und zwar in soweit bezüglich des Ventils nach Anspruch 1, und zum anderen durch die Gesamtheit der Merkmale von Anspruch 25, in soweit bezüglich des Ventils nach Anspruch 2, gelöst.This task is sel with respect to the design of the valve According to the invention in two ways, namely on the one hand by the entirety of the features of claim 1 and to Whose by the totality of the features of claim 2 and with respect to the method according to the two difference Valve solutions also in two ways, namely on the one hand by the totality of the features of claim 14, in so far with respect to the valve according to claim 1, and on the other hand by the totality of the features of claim 25, in so far as the valve according to claim 2, dissolved.

Der eine Lösungsweg ist insbesondere für solche Werkstoffpaa rungen des gebauten Ventils zu empfehlen, bei denen der Werkstoff des Ventiltellers sich thermisch weniger stark dehnt als der Schaftwerkstoff. Der Erfindungsgedanke dieses Lösungswegs besteht darin, eine thermisch bedingte Lockerung der Vorspannung in der Verbindungsstelle dadurch zu vermei den, dass es der Ventilteller ist, der eine schaftseitige Verdickung übergreift und einklemmt. Durch eine Erwärmung des gebauten Ventils nimmt die Vorspannung in der Verbindungs stelle mit der Temperatur zu. Die radiale Aufweitung des Schaftes in die tellerseitige Erweiterung hinein wird durch ein axiales Stauchen des Schaftwerkstoffes bewirkt. Der er wärmte und plastifizierte Schaftwerkstoff dient gewissermaßen als Übertragungsmedium, um innerhalb der sich erweiternden Mittenöffnung des Ventiltellers die radiale Aufweitung des Ventilschaftes zu bewirken.The one approach is especially for such material pair recommended for the built valve, where the Material of the valve disk is thermally less strong stretches as the shaft material. The inventive idea of this Solution is a thermally induced easing thereby avoiding the bias in the joint that it is the valve disk, the one shaft side Thickening overlaps and pinches. By heating the built valve takes the bias in the connection increase with the temperature. The radial expansion of the Shank in the plate-side extension is through causes an axial compression of the shaft material. He warmed and plasticized shaft material serves as it were as a transmission medium to expand within the Center opening of the valve disk, the radial expansion of the To effect valve stem.

Der andere Lösungsweg ist hingegen - unabhängig vom Tempera turdehnungsverhalten der beteiligten Werkstoffe - für solche 4 gebauten Ventile zu empfehlen, bei denen der Ventilteller aus einem schweißbaren Werkstoff bestehen kann, wobei ein geringeres Temperaturdehnungsverhalten beim Tellerwekstoff selbstverständlich von Vorteil wäre. Der Erfindungsgedanke dieses zweiten Lösungswegs besteht darin, eine ausreichende Vorspannkraftreserve durch eine Bauteilelastizität innerhalb des Ventiltellers, d. h. in dem membranartigen Boden des hoh len und in sich mehrteiligen Ventiltellers, zu schaffen.The other solution, however, is - regardless of tempera expansion behavior of the materials involved - for such 4 built valves recommended where the valve disc may consist of a weldable material, wherein a Lower temperature expansion behavior when Tellerwekstoff Of course, would be beneficial. The idea of the invention This second approach is to provide sufficient Preload reserve through a component elasticity within the valve disk, d. H. in the membranous bottom of the hoh len and in itself multipart valve disc to create.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung können den Unter ansprüchen entnommen werden; im übrigen ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei spieles nachfolgend noch erläutert; dabei zeigen:Advantageous embodiments of the invention, the sub claims are taken; Otherwise, the invention based on a Ausführungsbei shown in the drawing game explained below; show:

Fig. 1 einen partiellen Längsschnitt durch ein erstes Aus führungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgestalteten gebauten Ventils mit Vollquerschnitt-Schaft und Kera mikteller, der seinerseits aus zwei Teilen zusammenge setzt ist, Fig. 1 is a partial longitudinal section through a first example of a guide from inventively designed assembled valve with full cross-section shaft and Kera mikteller, which in turn together quantity of two parts is set,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbei spiel eines gebauten Ventils gemäß der Erfindung mit Hohlschaft und einem monolitischen Keramikteller, Fig. 2 is a longitudinal section through a second Ausführungsbei play an assembled valve according to the invention with a hollow shaft and a monolithic ceramic plate,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch ein drittes Ausführungsbei spiel eines gebauten Ventils mit Vollschaft und einem hohlen, gebauten Keramikteller aus einem schweißbaren Werkstoff, wobei der Tellerboden eine elastisch ver spannte Membran ist, Fig. 3 shows a longitudinal section through a third Ausführungsbei play an assembled valve with full shaft and a hollow-built ceramic plate made of a weldable material, wherein the plate bottom is elastically tensioned membrane ver,

Fig. 4 eine Modifikation des Ausführungsbeispiels nach Fig. 3, wobei bei diesem gebauten Ventil der im Rollfließ verfahren hergestellte Ventilschaft hohl ausgebildet ist, Fig. 4 shows a modification of the embodiment of FIG. 3 wherein in this assembled valve, the valve shaft produced in the rolling process flow is hollow,

Fig. 5 einen Querschnitt durch ein Preßwerkzeug zum Pressen eines Grünlings aus einem Keramikpulver zur Herstel lung eines einteiligen Keramiktellers nach Fig. 2, wobei die Erweiterung der Mittenöffnung des Keramik tellers durch einen partiell aus einem elastisch ver formbaren Gummi bestehenden Bolzen während der Verdich tung des Keramikpulvers geformt wird, und Fig. 5 shows a cross section through a press tool for pressing a green compact from a ceramic powder for the manufacture ment of a one-piece ceramic plate of Fig. 2, wherein the extension of the center opening of the ceramic plate by a partially made of an elastically deformable rubber ver bolt during the compaction tion of Ceramic powder is molded, and

Fig. 6 einen Querschnitt durch ein Sonderwerkzeug und den Vorgang des Stauchens des hohlen Ventilschaftes wäh rend des Fügens von Ventilschaft und Ventilteller bei der Herstellung des Ventils nach Fig. 2. Fig. 6 is a cross-sectional view of a special tool and the process of upsetting of the hollow valve stem currency rend the joining of valve stem and valve disc in the manufacture of the valve of FIG. 2.

Zunächst soll im Zusammenhang mit den Fig. 1 und 2 auf zwei Varianten gemäß eines ersten erfindungsgemäßen Lösungs weges für gebaute Ventile von Hubkolbenmaschinen eingegangen werden. Diese beiden Varianten von gebauten Ventilen 1 bzw. 11 bestehen jeweils aus einem Ventilschaft 2, 12 und aus ei nem baulich gesonderten Ventilteller 3, 13. Letzterer ist mit jeweils einer Mittenöffnung 4 bzw. 14 zur Aufnahme des tellerseitigen Endes des Ventilschaftes versehen. Innerhalb der Mittenöffnung ist wenigstens eine Erweiterung 5 bzw. 15 vorgesehen, die sich in Umfangsrichtung erstreckt und vor zugsweise rotationssymmetrisch ausgebildet ist. Am teller seitigen Ende des Ventilschaftes ist wenigstens eine Verdic kung 6 bzw. 16 angebracht, die in die Erweiterung der Mit tenöffnung formschlüssig eingreift, so daß eine sowohl in Druck- als auch in Zugrichtung belastbare, als auch verkan tungssichere Verbindung zwischen dem Ventilschaft und dem Ventilteller zustande kommt. Im Fall einer unrunden Ausbil dung der Erweiterung 5, 15 kämme beim Anstauchen des Ventil schaftes sogar eine formschlüssige Verdrehsicherung inner halb der Verbindung zustande.First, in connection with FIGS. 1 and 2, two variants according to a first solution according to the invention for built valves of reciprocating engines will be discussed. These two variants of built valves 1 and 11 each consist of a valve stem 2 , 12 and of egg nem structurally separate valve disc 3 , the thirteenth The latter is provided with a respective center opening 4 or 14 for receiving the plate-side end of the valve stem. Within the central opening at least one extension 5 or 15 is provided, which extends in the circumferential direction and is preferably rotationally symmetrical. At the plate-side end of the valve stem is at least one Verdic effect 6 or 16 is mounted, the tenöffnung positively engages in the expansion of the so that both in compression and tensile loadable, as well as verc secure connection between the valve stem and the Valve plate comes about. In the case of a non-circular Ausbil tion of the extension 5 , 15 combs when upsetting the valve shaft even a positive rotation within half of the compound state.

Um bei den gebauten Ventilen 1 bzw. 11 zumindest ein gewis ses Mindestniveau an Vorspannung innerhalb der Verbindung zwischen Ventilteller 3, 13 und Ventilschaft 2, 12 im gesam ten, während des Betriebes oder Stillstandes der Hubkolben maschine auftretenden Temperaturbereiches gewährleisten zu können, um aber zugleich auch eine serienmäßig Herstellbar keit der Ventile unter Einsatz beherrschbarer und kostengün stiger Fertigungsverfahren sicherstellen zu können, sind er findungsgemäß gewisse weitere Merkmale an den gebauten Ven tilen vorgesehen, die - soweit die Übereinstimmung reicht - nachfolgend für beide Ventilvarianten 1 bzw. 11 gemeinsam behandelt werden sollen.In order to guarantee at the built valves 1 and 11 at least a certain minimum level of bias within the connection between the valve plate 3 , 13 and valve stem 2 , 12 in the entire th, during operation or standstill of the reciprocating engine occurring temperature range, but at the same time Also a serial producible speed of the valves using controllable and kostengün term manufacturing process to ensure he inventively certain other features on the built Ven valves provided that - as far as the match is sufficient - to be treated together for both valve variants 1 and 11 together ,

Und zwar ist die Mittenöffnung 4, 14 des Ventiltellers bis zu seiner Brennraumseite durchgehend ausgebildet, d. h. die Mittenöffnung 4, 14 ist an der Brennraumseite offen. Außer dem ist die sich in Umfangsrichtung erstreckende Erweiterung 5, 15 der Mittenöffnung in ihrem Querschnitt entsprechend einer sich beim axialen Warmstauchen einstellenden freien Materialverdickung mit harmonisch gerundeten Übergängen aus gebildet. Aufgrund der durchgehenden Ausbildung der Mitten öffnung und der harmonischen Gestaltung der darin angebrach ten Erweiterung kann die schaftseitige Verdickung 6, 16 als eine axiale Stauchung des Materialquerschnittes des strich punktiert angedeuteten Schaftrohlings 2', 12' ausgebildet bzw. hergestellt werden.That is, the center opening 4 , 14 of the valve disk is formed continuously up to its combustion chamber side, ie the center opening 4 , 14 is open on the combustion chamber side. In addition, the extending in the circumferential direction extension 5 , 15 of the central opening in its cross section corresponding to a set in the axial warm upsetting free material thickening with harmoniously rounded transitions from. Due to the continuous design of the center opening and the harmonious design of the extension attached thereto th, the shank side thickening 6 , 16 as an axial compression of the material cross-section of the dash-dotted lines indicated shank blank 2 ', 12 ' are formed or produced.

Der Lösungsweg dieser beiden Ventilvarianten, bei denen der Ventilteller 3, 13 eine schaftseitige Verdickung 6, 16 über greift und axial einklemmt, wird für solche Werkstoffpaarun gen des gebauten Ventils 1, 11 empfohlen, bei denen der Werkstoff des Ventiltellers sich thermisch weniger stark dehnt als der aus Stahl bestehende Ventilschaft. Für den Ventilteller kommen neben Keramik, hier insbesondere Silici umnitrid, auch die intermetallische Phase Titanaluminid und Titan/Aluminium-Legierungen in Frage, deren Temperaturaus dehnungskoeffizienten α unter 11,5 ppm/K - dem Wert für Stahl - liegen. Beispielsweise beträgt der Wert für die Keramik sorte Zirkondioxid je nach Herstellungsart α = 9,0-11,0 ppm/K, für Siliciumcarbid: α = 4,0-4,5 ppm/K, für Silicium nitrid: α = 3,3 ppm/K. Für die intermetallischen Phase Ti tanaluminid ist der Temperaturausdehnungskoeffizienten α tem peraturabhängig und beträgt bei Raumtemperatur α = 8 ppm/K und bei etwa 700°C α = 14 ppm/K. Bei den hier geeigneten Ti tan/Aluminium-Legierungen ist der Temperaturausdehnungs koeffizient α zwar relativ groß, aber liegt noch unter dem Wert für Stahl (z. B. TiAl6V4: α = 9,3 ppm/K oder Ti Al46, 5Cr4NiTaB: α = 11 ppm/K). Dadurch, daß der sich ther misch stärker dehnende Schaft am Teller nicht nur radial, sondern auch axial eingeklemmt wird, kann eine thermisch be dingte Lockerung der Vorspannung in der Verbindungsstelle zuverlässig vermieden werden. Durch eine betriebsbedingte Erwärmung des gebauten Ventils nimmt die Vorspannung in der Verbindungsstelle mit der Temperatur sogar noch gegenüber der bei Raumtemperatur vorliegenden Vorspannung zu. The approach of these two valve variants, in which the valve disc 3 , 13 a shank-side thickening 6 , 16 engages over and clamps axially, is recommended for such Werkstoffpaarun conditions of the built valve 1 , 11 , in which the material of the valve disk thermally less expands the steel valve stem. For the valve disk in addition to ceramic, in particular silicon nitride, and the intermetallic phase titanium aluminide titanium / aluminum alloys in question, the Temperaturaus expansion coefficient α below 11.5 ppm / K - the value for steel - are. For example, the value for the ceramic grade zirconia depending on the production α = 9.0-11.0 ppm / K, for silicon carbide: α = 4.0-4.5 ppm / K, for silicon nitride: α = 3.3 ppm / K. For the intermetallic phase Ti tanaluminid the temperature expansion coefficient α tem is temperature-dependent and is at room temperature α = 8 ppm / K and at about 700 ° C α = 14 ppm / K. Although the temperature expansion coefficient α is relatively large in the case of the titanium / aluminum alloys suitable here, it is still below the value for steel (eg TiAl6V4: α = 9.3 ppm / K or Ti Al46, 5Cr4NiTaB: α = 11ppm / K). Due to the fact that the shaft which mixes more strongly with the mixing shaft is clamped not only radially, but also axially, on the plate, it is possible reliably to prevent thermally induced loosening of the pretensioning in the connection point. By operational heating of the built-valve increases the bias in the junction with the temperature even compared to the present at room temperature bias.

Zum Herstellen des gebauten Ventils 1 bzw. 11 wird der zu nächst noch zylindrische Schaftrohling 2' bzw. 12' axial in die Mittenöffnung 4, 14 soweit eingeführt, daß sich ein ge wisser wohl abgestimmter Überstand auf der Brennraumseite des Ventiltellers 3, 13 ergibt. Das Volumen dieses Überstan des entspricht dem Volumen der Erweiterung 5, 15 in der Mit tenöffnung. Im übrigen ist der Schaftrohling um diesen Über stand länger als das Fertig-Rohmaß des Ventilschaftes 2, 12. Der zum Fügen der Verbindungsstelle in den Ventilteller ein geführte Schaftrohling 2', 12' ist, lokal auf den innerhalb des Ventiltellers befindlichen Bereich beschränkt, auf Warm umformtemperatur des Schaftwerkstoffes erwärmt; die Außer halb dieses Bereiches liegenden Partien des Schaftrohlings sind deutlich kälter und lassen sich unter der obwaltenden Krafteinwirkung nicht plastisch verformen. Durch axialen Druck auf den lokal erwärmten Schaftrohling wird an ihn die Verdickung 6 bzw. 16 angestaucht, wobei die Anstauchung selbsttätig die tellerseitige Erweiterung 5 bzw. 15 voll ständig ausfüllt. Der erwärmte und plastifizierte Schaft werkstoff dient innerhalb des Umformungsbereiches gewisser maßen als Übertragungsmedium, um innerhalb der sich erwei ternden Mittenöffnung des Ventiltellers die radiale Aufwei tung des Ventilschaftes zu bewirken, wogegen die außerhalb des Ventiltellers befindliche abgestützte Schaftpartie ge wissermaßen als Druckstößel dient.For the manufacture of the built valve 1 and 11 of the next yet cylindrical stem blank 2 'and 12 ' axially inserted into the center opening 4 , 14 so far that a ge wisser probably tuned supernatant on the combustion chamber side of the valve disk 3 , 13 results. The volume of this Überstan corresponds to the volume of the extension 5 , 15 in the tenöff with. Incidentally, the stem blank is about this longer than the finished Rohhmaß the valve stem 2 , 12th The for joining the joint in the valve disk a guided shaft blank 2 ', 12 ' is, locally limited to the area located within the valve disk, heated to hot forming temperature of the shaft material; The outside of this range lying portions of the shaft blank are much colder and can not plastically deform under the prevailing force. By axial pressure on the locally heated shaft blank the thickening 6 and 16 is upset him, the upset automatically fills the plate-side extension 5 and 15 fully constantly. The heated and plasticized shank material is used within the deformation of certain extent as a transmission medium to effect within the Erwei ternden center opening of the valve disk, the radial Aufwei tion of the valve stem, whereas the outside of the valve disk located supported shaft section ge knows as a push rod is used.

Um ein thermisches Lockern der Verbindung bei der anschlie ßenden Abkühlung des Ventilschaftes zu vermeiden, wird vor und während des Stauchens des Schaftrohlings auch der Ven tilteller 3, 13 mindestens auf Warmumformtemperatur des Werkstoffs des Schaftrohlings erwärmt. Je höher der Ventil teller erwärmt wird, um so höher ist die sich bei Raumtempe ratur einstellende Vorspannung innerhalb der Verbindung. Wie nachfolgend im Zusammenhang mit Fig. 6 näher ausgeführt wird, kann der Ventilteller vor und während des Stauchens des Schaftrohlings z. B. durch radial auf ihn gerichtete, of fene Flammen aus Brennern 56 erwärmt werden. In order to avoid a thermal loosening of the compound in the subsequent sequent cooling of the valve stem, before and during the compression of the shaft blank and the Ven tilteller 3 , 13 is heated at least to hot working temperature of the material of the shaft blank. The higher the valve plate is heated, the higher is the temperature at room temperature setting bias within the connection. As will be explained in more detail below in connection with FIG. 6, the valve disk can be closed before and during the compression of the shaft blank z. B. by radially directed at him, of fene flames from burners 56 are heated.

Das Herstellen der Stauchverbindung zwischen Ventilteller und Schaft sei am Beispiel des Werkzeuges nach Fig. 6 und am Beispiel des in soweit etwas komplizierteren Hohlschaft ventils 11 nach Fig. 2 nachfolgend näher erläutert. Das An stauchen der Verdickung 6 an dem Vollschaftventil 1 dürfte zumindest nach Kenntnis des Herstellungsverfahrens für das Hohlschaftventils 11 in keiner Weise mehr problematisch sein, weil dieses Verfahren sinngemäß und mit den für sich sprechenden bzw. selbstverständlichen Modifikationen auf die Herstellung des Vollschaftventils 1 übertragbar ist.Making the compression connection between the valve disk and the shaft is explained in more detail below using the example of the tool according to FIG. 6 and the example of the somewhat more complicated hollow shaft valve 11 according to FIG. 2. At at the thickening of the thickening 6 to the full-capacity valve 1 should be no problem at least after knowledge of the manufacturing process for the hollow shaft valve 11 in any way, because this method is mutatis mutandis and with the self-explanatory or obvious modifications to the production of the full-shaft valve 1 transferable.

Das in Fig. 6 im geschlossenen Zustand dargestellte Umform werkzeug ist in ein auf dem Pressentisch 57 einer Umform presse befestigtes unteres Stützwerkzeug 50 und in ein am hubbeweglichen Pressenstößel angeordnetes oberes Stützwerk zeug 51 geteilt, welch letzteres zu Beginn des Arbeitshubes lagegenau auf das untere, beschickte Stützwerkzeug abgesenkt wird. In einer im oberen Stützwerkzeug angebrachten Führung ist ein Stempel 53 axialbeweglich geführt, der den eigentli chen Arbeitshub beim Stauchvorgang ausführt, während das obere Stützwerkzeug unbeweglich aber mit einer gewissen An drückkraft auf dem unteren Stützwerkzeug anliegt. Der Stem pel 53 ist also gegenüber dem oberen Stützwerkzeug ver schiebbar.The forming tool shown in Fig. 6 in the closed state is in a press on the press table 57 a forming fixed lower support tool 50 and divided into a hub movable press ram upper support tool 51 divided, the latter at the beginning of the working stroke in precise position on the bottom, fed Support tool is lowered. In a mounted in the upper support tool guide a punch 53 is guided axially movable, which performs the eigentli chen power stroke during the upsetting process, while the upper support tool immobile but with a certain pressing force on the lower support tool. The Stem pel 53 is thus ver pushed against the upper support tool.

Im unteren Stützwerkzeug ist in einer oberen Aussparung der Ventilteller 13 eines neu herzustellenden Ventils 11 lagede finiert mit nach oben weisender Brennraumseite aufgenommen. In einer abgestimmten Bohrung des Stützwerkzeugs kann der lokal vorerwärmte Ventilschaftrohling 12' eingesteckt wer den, der unterseitig in einer solchen Axialposition unnach giebig abgestützt ist, daß der Ventilschaftrohling an der Brennraumseite des Ventiltellers zunächst um ein bestimmte Maß übersteht. In das Innere des hohlen Ventilschaftrohlings ist ein Stützdorn 53 eingesteckt, der bündig mit der oberen Stirnseite des Ventilschaftrohlings abschließt. Er ist mit einer gewissen Vorspannung in den hohlen Ventilschaftrohling eingesteckt so daß er schwerkraftbedingt nicht herausfallen kann, läßt sich jedoch während des Arbeitshubes ohne weite res im Ventilschaftrohling axial verschieben. An der betref fenden Stelle ist im unteren Stützwerkzeug 50 und/oder im Pressentisch 57 eine Öffnung vorgesehen, so daß der Stütz dorn beim Arbeitshub behinderungsfrei nach unten ausweichen kann.In the lower support tool, the valve disc 13 of a valve 11 to be newly produced, which has been positioned, is received in an upper recess with the combustion chamber side pointing upwards. In a coordinated bore of the support tool, the locally preheated valve stem blank 12 'inserted who the who is supported on the underside in such an axial position unnach giebig that the valve stem blank on the combustion chamber side of the valve disc initially by a certain amount. In the interior of the hollow valve stem blank, a support pin 53 is inserted, which terminates flush with the upper end side of the valve stem blank. He is plugged with a certain bias in the hollow valve stem blank so that he can not fall out due to gravity, but can be moved axially during the stroke without weite res in the valve stem blank. At the Subject fenden point an opening is provided in the lower support tool 50 and / or in the press table 57 , so that the support mandrel can dodge downhill without difficulty when working.

Um den axial eingeführten, lokal vorerwärmten Schaftrohling - er hat eine nur geringe Masse und kühlt daher relativ rasch ab - lokal auf Umformtemperatur halten zu können, ist bei dem in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel eine widerstandselektrische Beheizung des Ventilschaftrohlings 12' vor gesehen. Dazu ist im oberen und im unteren Stützwerkzeug 51 bzw. 50 jeweils ein Kontaktring 54 in das jeweilige Stütz werkzeug elektrisch isoliert eingelassen. Je einer der Kon taktringe ist mit einem Pol einer elektrischen und lei stungsfähigen Spannungsquelle 55 verbunden. Durch axialen Druck der aufeinander liegenden Stützwerkzeuge 51 bzw. 50 kommt es zu einer elektrisch gut leitenden Kontaktierung zwischen Kontaktring und Ventilschaftrohling 12', so daß ein hoher Strom axial durch diesen hindurch fließt, der den Ven tilschaftrohling auf dem kurzen, zwischen den Kontaktringen liegenden Bereich widerstandselektrisch erwärmt.To the axially inserted, locally preheated stem blank - he has a low mass and therefore cools relatively quickly from - locally to keep forming temperature can, in the embodiment shown in Fig. 6, a resistance-electric heating of the valve stem blank 12 'seen before. For this purpose, in the upper and lower support tool 51 and 50 each have a contact ring 54 in the respective support tool electrically insulated admitted. Each of the clock rings Kon is connected to one pole of an electric and lei stungsfähige voltage source 55 . By axial pressure of the superimposed support tools 51 and 50 , there is a good electrical conductive contact between the contact ring and valve stem blank 12 ', so that a high current flows axially therethrough, the tilschaft the Ven on the short, lying between the Kontaktringen area resistively heated.

Um den vorzugsweise vorerwärmten, insbesondere aus Keramik bestehenden Ventilteller 13 während der Vorbereitungszeit und während des Fügevorganges ebenfalls ausreichend warm halten zu können, sind in mehreren horizontalen Aussparungen des unteren Stützwerkzeuges radial auf den Ventilteller aus gerichtete Brenner 56 angeordnet, die jeweils offene Flamme auf den Ventilteller richten und ihn warm halten.In order to keep the preferably preheated, in particular made of ceramic valve plate 13 during the preparation time and during the joining process also sufficiently warm, are arranged in several horizontal recesses of the lower support radially on the valve plate directed burner 56 , each open flame on the valve disk judge and keep him warm.

Nach dem Beschicken des unteren Stützwerkzeuges 50 mit dem vorerwärmten Ventilteller 13 und mit dem lokal vorerwärmten und mit dem Stützdorn 52 versehenen Ventilschaftrohling 12' wird das obere Stützwerkzeug auf das untere abgesenkt. Es kann in diesem Zwischenstadium eine gewisse Pause im Ablauf des Pressenzyklus vorgesehen werden, um den Ventilteller und/ oder den Ventilschaftrohling auf die erforderliche Prozeß temperatur zu erwärmen. Sobald die erforderlichen Temperatu ren erreicht sind, kann der Pressenzyklus fortgesetzt und der eigentliche Stauchvorgang durchgeführt werden. Durch den innerhalb des geschlossenen Stützwerkzeuges niedergehenden Stempel 53 wird der erwärmte Schaftwerkstoff in die teller seitige Erweiterung 15 der Mittenöffnung 14 hineingestaucht, was durch die in Fig. 6 gezeigte partielle Anstauchung 58 angedeutet ist. Der Stützdorn verhindert ein radial nach in nen gerichtetes Ausweichen des erwärmten Werkstoff; der Stützdorn weicht beim Stauchvorgang nach unten aus. Bei Vollendung des Pressenhubes ist der gesamte Überstand des Ventilschaftrohlings in die Erweiterung 15 hieneingestaucht und die erzeugte Anstauchung füllt diese vollständig aus. Anschließend wird das Umformwerkzeug durch Hochfahren des Pressenstößels und des Stempels geöffnet und das fertig ge stellte Ventil gemeinsam mit dem Stützdorn 53 aus dem unte ren Stützwerkzeug entnommen und in eine Abkühlstrecke abge legt. Die Vorrichtung ist dann bereit für ein neues Arbeits spiel. Nach Abkühlung des Ventils kann der Stützdorn 53 dem Hohlschaft entnommen und zur Bestückung eines neuen Schaft rohlings verwendet werden. Das gebaute Ventil kann dann fer tig bearbeitet, insbesondere kann ein Ventilendstück 12" an geschweißt (Schweißnaht 17) und an der Brennraumseite ein Verschlußstück eingeschweißt werden.After loading the lower support tool 50 with the preheated valve plate 13 and with the locally preheated and provided with the mandrel 52 valve stem blank 12 ', the upper support tool is lowered to the lower. It may be provided in this intermediate stage, a certain break in the course of the press cycle to heat the valve plate and / or the valve stem blank to the required process temperature. As soon as the required temperatures have been reached, the press cycle can be continued and the actual upsetting process can be carried out. As a result of the punch 53 falling down inside the closed support tool, the heated shaft material is forced into the plate-side enlargement 15 of the center opening 14 , which is indicated by the partial upset 58 shown in FIG . The mandrel prevents a radially in NEN directed deflection of the heated material; The mandrel deviates downwards during the upsetting process. At the completion of the press stroke, the entire projection of the valve stem blank has been dipped into extension 15 and the generated upset completely fills it. Subsequently, the forming tool is opened by raising the press ram and the punch and the finished ge presented valve taken together with the mandrel 53 from the unte ren support tool and abge in a cooling section. The device is then ready for a new work game. After cooling the valve, the mandrel 53 can be removed from the hollow shaft and blank used for equipping a new shank. The built valve can then be processed fer tig, in particular, a Ventilendstück 12 "welded to (weld 17 ) and on the combustion chamber side a closure piece are welded.

Die beiden Lösungsvarianten nach den Fig. 1 und 2 setzen eine Erweiterung 5 bzw. 15 der Mittenöffnung 4, 14, also hinterschnittene Öffnung voraus. Hinterschneidungen sind aber - wie man weiß - nicht ohne weiters herstellbar, insbe sondere wenn es sich um Werkstücke aus einem schwierig bear beitbaren Werkstoff handelt. Deshalb seien nachfolgend auch noch verschiedene Möglichkeiten zur Herstellung der Erweite rung 5 bzw. 15 der Mittenöffnung 4, 14 behandelt.The two solution variants according to FIGS . 1 and 2 set an extension 5 or 15 of the central opening 4 , 14 , so undercut opening ahead. However, undercuts are - as you know - not readily manufacturable, in particular when it comes to workpieces made of a difficult bear beitbaren material. Therefore, various options for the preparation of the extension tion 5 or 15 of the center opening 4 , 14 are discussed below.

Wie beim Ausführungsbeispiel des Ventils 1 nach Fig. 1 ge zeigt ist, kann der aus einer Keramik bestehende Ventiltel ler 3 seinerseits aus zwei durch Sintern miteinander Verbun denen Formteilen 7, 8 hergestellt sein, wobei eine Teilungs fuge zwischen den beiden Formteilen 7, 8 axial an der Posi tion des größten Durchmessers der sich in Umfangsrichtung erstreckende Erweiterung 5 liegt.As shown in the embodiment of the valve 1 of Fig. 1 ge shows, the existing of a ceramic valve can ler 3 in turn of two by sintering together Verbun which moldings 7 , 8 be prepared, wherein a dividing fuge between the two mold parts 7 , 8 axially at the posi tion of the largest diameter of the circumferentially extending extension 5 is located.

Um eine hoch belastbare Verbindung zwischen den beiden Form teile 7, 8 des Ventiltellers 3 zu schaffen, sollten diese zum einen beide aus der selben Keramik bestehen. Ferner wird die Fuge, entlang der die beiden Formteile 7, 8 miteinander verbunden sind, mit einem bei Erschmelzung chemisch irrever sibel mit der verwendeten Keramik reagierenden Metall und/ oder metallähnlichen Element oder mit einer darauf basieren den Legierung dotiert. Dadurch entsteht eine innige, nahezu stoffschlüssige Verbindung auf einer keramik-ähnlichen Ba sis, die zumindest thermisch ähnlich hoch belastbar ist wie die Keramik selber.In order to create a highly resilient connection between the two mold parts 7 , 8 of the valve disk 3 , these should both consist of the same ceramic for a. Further, the joint, along which the two mold parts 7 , 8 are connected to each other, doped with a chemically irreversibly sibel upon melting with the ceramic used metal and / or metal-like element or with an alloy based thereon. This creates an intimate, almost cohesive connection on a ceramic-like Ba sis, which is at least thermally similarly high loadable as the ceramic itself.

Es ist auch an den Fall zu denken, daß der Ventilteller aus einer intermetallischen Phase Titanaluminid besteht. Dieser Werkstoff kann praktisch nur durch Gießen geformt werden; darüber hinaus kann Titanaluminid mit sich selber ver schweißt oder verlötet werden. Im Fall eines mehrteiligen Ventiltellers 3 aus Titanaluminid werden also die beiden, für sich jeweils im Gießverfahren hergestellten Formteile 7, 8 miteinander verschweißt bzw. verlötet.It is also to be thought of the case that the valve disk consists of an intermetallic phase titanium aluminide. This material can be practically molded only by casting; Moreover, titanium aluminide can be welded or soldered to itself. In the case of a multi-part valve disk 3 made of titanium aluminide, therefore, the two molded parts 7 , 8 produced in each case by the casting process are welded or soldered to one another.

Um eine gute gegenseitige Zentrierung der beiden Formteile gewährleisten zu können, sind diese durch eine im Außenbe reich angenähert zylindrische Teilungsfuge mit geringer Ko nizität zueinander zentriert.To achieve a good mutual centering of the two molded parts to be able to guarantee these are by an outward richly approximated cylindrical pitch with low co centered on each other.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Ventilteller einteilig ausgebildet. In diesem Fall kann die innerhalb der Mittenöffnung 14 sich in Umfangsrichtung er streckende Erweiterung 15 durch einen entsprechend geform ten, verlorenen Kern erzeugt werden. Und zwar ist dies nicht nur bei Ventiltellern aus einem gießbaren Werkstoff (Titan aluminid oder Titan/Aluminium-Legierungen) möglich, sondern auch bei Keramik-Tellern.In the embodiment shown in FIG. 2, the valve disk is integrally formed. In this case, within the center opening 14 in the circumferential direction he stretching extension 15 can be generated by a correspondingly shaped th, lost core. And this is not only possible with valve plates made of a castable material (titanium aluminide or titanium / aluminum alloys), but also with ceramic plates.

Zur Herstellung von Keramik-Tellern oder Sintertellern auf Metallpulverbasis wird zunächst aus einem sinterbaren Pulver in einem Formwerkzeug ein Formkörper - sog. Grünling - ge preßt und dieser anschließend gebrannt. Um bei dem Grünling eine hinterschnittene Erweiterung 15 abformen zu können, kann ein formstabiler, verlorener Kern aus kunstharzgebunde nen Pulver, aus einem niedrig schmelzenden Metall oder aus Salz verwendet werden. Durch eine Wärmebehandlung des Grün lings vor dem Brennen wird der Kern pyrolysiert oder ge schmolzen und so der Grünling von dem verlorenen Kern be freit.For the production of ceramic plates or sintered plates based on metal powder is first from a sinterable powder in a mold a shaped body - so-called. Grünling - ge presses and then fired. In order to be able to mold an undercut extension 15 in the green body, a dimensionally stable, lost core of Kunstharzgebunde nen powder, a low-melting metal or salt can be used. By a heat treatment of the green lings before firing the core is pyrolyzed or ge melted and so the green compact of the lost core be free.

Eine weitere Möglichkeit zur Herstellung eines einteiligen Grünlings mit hinterschnittener Erweiterung 15 bei einem im Sinterverfahren hergestellten Ventilteller ist in Fig. 5 angedeutet. Dort ist ein aus Matrize 41 und Patrize 42 ge bildetes Formwerkzeug zum Abformen eines Ventilteller-Grün lings gezeigt, wobei die Matrize 41 auf dem Pressentisch 46 und die Patrize 42 gleichachsig am Pressenstößel einer Form presse befestigt ist. Zentrisch in der Gravur bzw. Kavität der Matrize ist ein nach oben aufragender Kernbolzen 43 an geordnet, der aus unterschiedlichen Werkstoffen besteht. Und zwar besteht der Kernbolzen in dem axial der abzuformenden Erweiterung zugeordneten Bereich 45 und 45' aus einem gum mielastischen Werkstoff, wogegen die außerhalb davon liegen den Bereiche 44 des Kernbolzens aus Stahl bestehen. Bei dem in Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel sind für den gum mielastischen Teil des Kernbolzens zwei unterschiedliche Be reiche 45 und 45' vorgesehen, und zwar ist in den Übergangs bereichen 45' zu den beiden Stahlteilen 44 hin jeweils ein härteres Gummi und in dem dazwischen liegenden, mittleren Bereich 45 ein weicheres Gummi vorgesehen, das sich unter axialer Krafteinwirkung auf den Kernbolzen stärker verformt als das Gummi in den Bereichen 45'. Another possibility for producing a one-piece green compact with undercut extension 15 in a valve disk produced in the sintering process is indicated in FIG. 5. There, a ge from die 41 and male 42 ge forming mold for molding a valve disk green lings is shown, wherein the die 41 is mounted on the press table 46 and the male 42 coaxially press on the press ram of a mold. Centrally in the engraving or cavity of the die an upwardly projecting core pin 43 is arranged, which consists of different materials. Namely, the core pin in the axially of the abzuformenden extension associated region 45 and 45 'of a gum mielastic material, whereas the outside thereof are the regions 44 of the core pin made of steel. In the embodiment shown in Fig. 5 are two different loading areas 45 and 45 'provided for the gum mielastischen part of the core bolt, and in the transition areas 45 ' to the two steel parts 44 towards each a harder rubber and in the intervening In the middle region 45, a softer rubber is provided, which deforms more strongly under axial force on the core bolt than the rubber in the regions 45 '.

Im entspannten zustand ist der Kernbolzen zylindrisch und ragt deutlich bis oberhalb des Füllstandes für die abge stimmte Menge an zunächst lose eingeschüttetem Sinterpulver hinaus. Dieses Füllnivau ist in Fig. 5 durch eine ungerade strichpunktierte Linie angedeutet. Die unterseitig im we sentlichen eben gestaltete Patrize 42 weist mittig eine Sacklochbohrung 48 auf, die im Durchmesser auf den Kernbol zen und in der Tiefe auf die Einfüllmenge an Sinterpulver in der Patrize und auf die Länge des Kernbolzens abgestimmt ist.In the relaxed state of the core pin is cylindrical and protrudes significantly above the level for the agreed amount of abge initially poured loose sintering powder addition. This Füllnivau is indicated in Fig. 5 by an odd dot-dash line. The underside in we sentlichen just designed male part 42 has centrally a blind hole 48 , the zen zen in the Kernbol and is tuned in depth to the amount of sintered powder in the male and on the length of the core pin.

Beim Absenken der Patrize 42 auf die Matrize 41 wird zu nächst das obere aus Stahl bestehende Ende des Kernbolzens axial in die Sacklochbohrung 48 der Patrize und anschließend die Patrize insgesamt in die oben zylindrische Tasse der Ma trize eingeführt. Bevor die obere Stirnseite des Kernbolzens den Grund der Sacklochbohrung erreicht, berührt die Patrize mit ihrer ebenen Unterseite das Füllnivau des lose einge füllten Sinterpulvers, welches bei weiterem Absenken der Pa trize leicht verdichtet wird, ohne daß der Kernbolzen seine zylindrische Form verändert. Der Zustand, bei dem die obere Stirnseite des Kernbolzens den Grund der Sacklochbohrung be rührt, ist in Fig. 5 mit geraden strichpunktierten Linien angedeutet. Bei weiterem Absenken der Patrize wird nicht nur das Sinterpulver weiter verdichtet, sondern auch der im Mit telteil 45 und 45' gummielastisch ausgebildete Kernbolzen durch eine elastische Stauchung tonnenförmig verformt, wie dies in Fig. 5 in vollen Linien angedeutet ist. Mit zuneh mender Absenkung der Patrize wird das Sinterpulver weiter verdichtet, zugleich aber auch die tonnenförmige Ausbauchung des Mittelbereiches 45, 45' weiter verstärkt, was durch ver schiedene strichpunktierte Linien angedeutet ist. Dabei wird nicht nur die hinterschnittene Erweiterung der Mittenöffnung im Grünling abgeformt, sondern es findet dadurch zugleich auch eine radiale Verdichtung des Sinterpulvers statt. Hat die Patrize ihre ebenfalls strichpunktiert angedeutete End stellung und die Ausbauchung ihre Maximalform erreicht, so kann nach einer gewissen Verweilzeit die Presse vorsichtig geöffnet werden. Durch die axiale Entlastung des Kernbolzens schlüpft der verformte gummielastische Teil 45, 45' axial aus der abgeformten Erweiterung heraus und es bildet sich die zylindrische Form des Kernbolzens wieder zurück. Soweit bei diesem Herausgleiten des axial elastisch gestauchten Kernbolzens aus der im Grünling geschaffenen Erweiterung auch ein axialer Druck auf den Grünling ausgeübt wird, wirkt sich dieser im Sinne eines Herausdrückens des Grünlings aus der tassenförmigen Kavität der Patrize aus. Sobald der gum mielastische Teil des Kernbolzens seine zylindrische Form wieder erlangt hat, kann der gepreßte Grünling der Patrize entnommen werden. Nach dem Reinigen der Patrize und des Kern bolzens ist die Vorrichtung für ein neues Arbeitsspiel be reit.When lowering the male 42 on the die 41 to the next upper steel end of the core pin is inserted axially into the blind hole 48 of the male and then the male total in the top cylindrical cup of Ma trize. Before the upper end face of the core pin reaches the bottom of the blind hole, the male touches with its flat bottom Füllnivau the loosely filled sintered powder, which is slightly compressed trize on further lowering the Pa without the core pin changes its cylindrical shape. The state in which the upper end face of the core pin be the bottom of the blind hole bore, is indicated in Fig. 5 with straight dash-dotted lines. Upon further lowering of the male not only the sintered powder is further compressed, but also in the mid-part 45 and 45 'formed rubber elastic core bolt by a compression upset barrel-shaped, as indicated in Fig. 5 in solid lines. With increas ing lowering of the male, the sintered powder is further compressed, but at the same time also the barrel-shaped bulge of the central region 45 , 45 'further reinforced, which is indicated by ver different dash-dotted lines. In this case, not only the undercut extension of the central opening is molded in the green compact, but it also takes place at the same time a radial compression of the sintering powder. Has the patrix also indicated dot-dashed end position and the bulge reaches its maximum shape, so after a certain residence time, the press can be opened carefully. As a result of the axial relief of the core bolt, the deformed rubber-elastic part 45 , 45 'axially slips out of the molded extension and the cylindrical shape of the core bolt forms again. As far as in this sliding out of the axially elastically compressed core pin from the extension created in the green body and an axial pressure is exerted on the green body, this affects in terms of pushing out of the green compact from the cup-shaped cavity of the male. Once the gum mielastische part of the core bolt has regained its cylindrical shape, the pressed green body of the patrix can be removed. After cleaning the male and the core bolt, the device for a new working game be ready.

Alternativ oder zusätzlich zu einer axialen Stauchung und tonnenförmigen Ausbauchung des mittleren, gummielastischen Teils 45, 45' des Kernbolzens 43 kann auch noch eine hydrau lische Aufweitung dieses mittleren Kernbolzenteils vorgese hen werden. In diesem Fall müßte in dem weicheren, gummiela stischen Teil 45 des Kernbolzens zentrisch eine mit einer Hydraulikflüssigkeit gefüllte, im wesentlichen kugelförmige Höhlung, gewissermaßen eine Blase mit einem nach außen füh renden Leitungsanschluß vorgesehen sein. Diese Blase könnte dann von außen zu einem hubunabhängigen Zeitpunkt innerhalb des Preßzyklus' mit einem Druck eines bestimmten zeitlichen bzw. hubabhängigen Verlaufes beaufschlagt werden, wodurch ebenfalls eine tonnenförmige Ausbauchung des mittleren, gum mielastischen Teils 45 des Kernbolzens erreicht werden könn te. Eine hydraulische Aufweitung des mittleren Kernbolzen teils ist zwar baulich komplizierter als eine rein hubabhän gig veranlaßte Aufweitung mit einem passiven und massiven Gummiteil 45, 45', jedoch hat ein ausschließlich hydraulisch beaufschlagbares und aufweitbares Gummiteil den Vorteil, daß nicht nur die Aufweitung des Gummiteils, sondern auch die Rückbildung derselben zu einer zylindrischen Form hubunab hängig veranlaßt werden kann. Alternatively or in addition to an axial compression and barrel-shaped bulging of the middle, rubber-elastic part 45 , 45 'of the core pin 43 may also be a hy-cylindrical expansion of this central core pin part vorgese hen. In this case would have to be provided in the softer, gummiela-elastic part 45 of the core pin centric filled with a hydraulic fluid, a substantially spherical cavity, effectively a bladder with an outwardly füh-generating line connection. This bubble could then be acted upon from the outside to a hubunabhängigen time within the pressing cycle 'with a pressure of a certain time or stroke-dependent course, which also a barrel-shaped bulge of the central, gum mielastischen part 45 of the core bolt could be achieved te te. Although a hydraulic expansion of the central core pin part is structurally more complicated than a purely hubabhän gig induced widening with a passive and solid rubber part 45 , 45 ', but has an exclusively hydraulically acted upon and expandable rubber part has the advantage that not only the expansion of the rubber part, but also the regression of the same to a cylindrical shape hubunab can be caused pendent.

Nachfolgend soll nun noch der andere Weg der Erfindung zur Lösung der zugrunde liegenden Aufgabe anhand der in den Fig. 3 und 5 dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert werden, wobei die dort gezeigten Ventile 21 bzw. 31 zunächst wieder bezüglich ihrer prinzipiellen Übereinstimmungen vor gestellt werden. Diese Ventile setzen voraus, daß der Ven tilteller mehrteilig ausgebildet ist und aus einem schweiß baren Werkstoff besteht, wobei beim Tellerwekstoff ein ge ringerer Temperaturausdehnungskoeffzient als beim Schaft werkstoff (Stahl) zwar nicht Voraussetzung aber selbstver ständlich vorteilhaft ist. Es soll in dem hohlen und in sich mehrteiligen Ventilteller durch eine Bauteilelastizität in nerhalb dieses Bauteils, d. h. in dem membranartigen Boden des Ventiltellers, eine ausreichende Vorspannkraftreserve geschaffen werden.Below will now be explained the other way of the invention to solve the underlying problem with reference to the embodiments shown in FIGS. 3 and 5, wherein the valves 21 and 31 shown there are initially made again with respect to their basic matches before. These valves assume that the Ven tilteller is formed in several parts and consists of a sweat Baren material, wherein the Tellerwekstoff a ge ringerer Temperaturausdehnungskoeffzient than the shank material (steel), although not a prerequisite but selbstver course advantageous. It should be created in the hollow and multipart valve disk by a component elasticity within this component, ie in the membranous bottom of the valve disk, a sufficient preload reserve.

Zu diesem Zweck ist bei beiden Ventilvarianten nach den Fig. 3 und 4 übereinstimmend der mehrteilige, als Hohlkör per ausgebildete Ventilteller 23 bzw. 33 aus einem kegelför migen Oberteil 27, 37 und aus einem scheibenförmigen Teller boden 28, 38 zusammengesetzt, wobei die beiden Teile 27 und 28 bzw. 37 und 38 entlang einer ringförmigen Schweißnaht 29, 29', 39 miteinander verschweißt sind. Nur am kegelförmigen Oberteil 27, 37 ist oberseitig eine Mittenöffnung 24, 34 zur Durchführung des Ventilschaftes vorgesehen. Die axiale Bau teilelastizität des Tellerbodens 28, 38 ist wesentlich grö ßer als die axiale Bauteilelastizität des in soweit mög lichst steifen, kegelförmigen Oberteils 27, 37. In dem in den Hohlkörper 23, 33 hineinragenden Teil des Ventilschafts 22, 32 ist nahe des tellerseitigen Endes ein radial abste hender Bund 26, 36 angeordnet. Die oberseitige Querschnitts kontur 26', 36' des Bundes stimmt mit der innenseitigen Querschnittskontur 25, 35 des Hohlraums des kegelförmigen Oberteils 27, 37 überein, so daß der Bund innenseitig am ke gelförmigen Oberteils vollflächig und unter mechanischer Vorspannung anliegen kann. Der Abstand der oberseitigen Querschnittskontur 26', 36' des radial abstehenden Bundes 26, 36 vom tellerrnahen Ende des Ventilschaftes 22, 32 ist um ein bestimmtes, innerhalb der Bauteilelastizität des Tel lerbodens 28, 38 liegendes Maß A größer als der lichte axia le Freiraum innerhalb des geschlossenen Hohlkörpers des Ven tiltellers 32, 33, wie dies in der Vergrößerung eines De tails in Fig. 3 angedeutet ist. Nach dem Fügen von kegel förmigen Oberteil 27, 37, Ventilschaft 22, 32 und Tellerbo den 28, 38 wird letzterer in der Weise axial verspannt, daß der Rand des Tellerbodens 28, 38 und der Rand des kegelför migen Oberteils 27, 37 unmittelbar aufeinander liegen. Im axial verspannten Zustand von kegelförmigen Oberteil und Tellerboden wird die ringförmigen Schweißnaht 29, 29', 39 gelegt. In dem so hergestellten Einbauzustand steht der Tel lerboden 28, 38 axial unter einer hohen mechanischen Biege- Vorspannung. Die Stirnseite des Ventilschaftes 22, 32 stützt sich dabei axial unter mechanischer Vorspannung zentrisch an der Innenseite des Tellerbodens 28, 38 ab.For this purpose, in both valve variants according to FIGS . 3 and 4 coincidentally the multi-part, as Hohlkör by trained valve plate 23 and 33 from a kegelför shaped upper part 27 , 37 and a disc-shaped plate bottom 28 , 38 composed, the two parts 27 and 28 or 37 and 38 along an annular weld 29 , 29 ', 39 are welded together. Only on the conical upper part 27 , 37 is provided on the upper side a central opening 24 , 34 for the passage of the valve stem. The axial component elasticity of the plate floor 28 , 38 is significantly greater than the axial component elasticity of the as far as pos as stiff, conical upper part 27 , 37th In which in the hollow body 23 , 33 projecting part of the valve stem 22 , 32 is near the plate-side end a radially abste existing collar 26 , 36 is arranged. The upper-side cross-sectional contour 26 ', 36 ' of the Federal agrees with the inside cross-sectional contour 25 , 35 of the cavity of the conical upper part 27 , 37 match, so that the federal government inside the ke gelförmigen upper part can abut the entire surface and under mechanical bias. The distance between the top-side cross-sectional contour 26 ', 36 ' of the radially projecting collar 26 , 36 from the plate-near end of the valve stem 22 , 32 is to a certain, within the component elasticity of Tel lerbodens 28 , 38 lying dimension A greater than the clear axia le free space within the closed hollow body of the Ven tiltellers 32 , 33 , as in the enlargement of a De tails in Fig. 3 is indicated. After joining cone-shaped upper part 27 , 37 , valve stem 22 , 32 and Tellerbo the 28 , 38 the latter is axially braced in such a way that the edge of the plate bottom 28 , 38 and the edge of the kegelför shaped upper part 27 , 37 are directly adjacent to each other , In the axially braced state of the conical upper part and plate base, the annular weld 29 , 29 ', 39 laid. In the installed state thus produced, the tel soil 28 , 38 is axially under a high mechanical bending bias. The end face of the valve stem 22 , 32 is supported axially under mechanical prestress centric on the inside of the plate base 28 , 38 from.

Durch die Bauteilelastizität des vorgespannten, membranarti gen Tellerbodens an dem hohlen Ventilteller wird eine aus reichend hohe Vorspannkraftreserve innerhalb der Verbindung zwischen Ventilschaft 22 bzw. 32 einerseits und Ventilteller 23 bzw. 33 andererseits geschaffen. Aufgrund dieser Vor spannkraftreserve bleibt innerhalb des gesamten, vorkommen den Temperaturspektrums stets eine ausreichend hohe Vorspan nung in der Verbindung erhalten. Es kommt hinzu, daß der Temperaturausdehnungskoeffizient α der für den Ventilteller verwendeten, schweißbaren Leichtbauwerkstoffe, wie Titanalu minid oder Titan/Aluminium-Legierung, niedriger ist als der von Stahl, dem Werkstoff des Ventilschaftes. Aufgrund dieser unterschiedlichen Temperaturdehnungen der verbundenen Teile kommt es mit zunehmender Temperatur zu einer Erhöhung der Vorspannung in der Verbindung.Due to the component elasticity of the prestressed, membranarti gene plate base on the hollow valve plate is created from a sufficiently high preload reserve within the connection between the valve stem 22 and 32 on the one hand and valve disc 23 and 33 on the other. Because of this Before clamping force reserve remains within the entire, occurring the temperature spectrum always a sufficiently high preload voltage in the compound obtained. It should be added that the coefficient of thermal expansion α of the used for the valve disk, weldable lightweight materials, such as Titanalu minid or titanium / aluminum alloy, is lower than that of steel, the material of the valve stem. Due to these different temperature expansions of the connected parts, the temperature in the connection increases with increasing temperature.

Bevor auf die Besonderheiten der einzelnen, bisher gemeinsam geschilderten Ventile 21 bzw. 31 eingegangen wird, sei vorab der Vollständigkeit halber noch auf die ringförmige Schweiß naht 29 bzw. 39 näher eingegangen. In beiden Ausführungsbei spiel der Fig. 3 und 4 erstrecken sich die Schweißfuge und die ihr folgende Schweißnaht 29 zwischen dem scheiben förmigen Tellerboden 28, 38 und dem kegelförmigen Oberteil 27, 37 des hohlen Ventiltellers 23, 33 entlang einer zylin drischen oder konischen Fläche. In Fig. 3 ist eine Alterna tivform bzw. -lage der Schweißfuge bzw. Schweißnaht 29' strichpunktiert angedeutet, die grundsätzlich auch für das Hohlschaftventil 32 nach Fig. 4 in Frage kommen könnte. Bei dieser strichpunktiert angedeuteten Alternative erstrecken sich die Schweißfuge und die ihr folgende Schweißnaht 29' zwischen dem scheibenförmigen Tellerboden 28 und dem kegel förmigen Oberteil 27 des hohlen Ventiltellers 23 in einer achssenkrechten Ebene. Der Vorteil dieser Alternative be steht in einer geringfügig größeren Biege-"länge" des mem branartigen Tellerbodens im Vergleich zu der in vollen Lini en dargestellten Alternative, was eine höhere Vorspannkraf treserve erwarten läßt. Nachteilig daran ist jedoch, daß die Schweißnaht von ihrer Wurzel her im Sinne eines Spreizens der verschweißten Teile beansprucht wird, was eine besonders ungünstige Belastungsform für Schweißnähte darstellt. Außer dem liegt die Schweißnaht bedenklich nahe an der mechanisch hoch beanspruchten Dichtfläche des Ventiltellers. Bezüglich beider Gesichtspunkte stellt die in vollen Linien darge stellte Alternative die vorteilhaftere Lösung dar.Before discussing the particularities of the individual, previously described together valves 21 and 31 , in advance for the sake of completeness still on the annular weld seam 29 or 39 discussed in more detail. In both Ausführungsbei game of Fig. 3 and 4, the weld joint and its following weld 29 extend between the disc-shaped plate bottom 28 , 38 and the conical upper part 27 , 37 of the hollow valve disc 23 , 33 along a cylin drical or conical surface. In Fig. 3 is a Alterna tivform or position of the weld or weld seam 29 'indicated by dash-dotted lines, which could basically come into question for the hollow shaft valve 32 of FIG. 4. In this dash-dotted line alternative, the weld and its following weld 29 'extend between the disc-shaped plate floor 28 and the cone-shaped upper part 27 of the hollow valve plate 23 in an axially perpendicular plane. The advantage of this alternative is be in a slightly larger bending "length" of mem branartigen plate floor compared to the full Lini en illustrated alternative, which can expect a higher Vorspannkraf reserve. The disadvantage of this, however, is that the weld is claimed from its root in the sense of spreading the welded parts, which is a particularly unfavorable form of stress for welds. Apart from that, the weld is dangerously close to the mechanically highly stressed sealing surface of the valve disk. With regard to both aspects, the alternative presented in full lines represents the more advantageous solution.

Um den Ventilteller verkantungssicher am Ventilschaftende befestigen zu können, ist es von Vorteil, wenn die axial un ter mechanischer Vorspannung sich zentrisch an der Innensei te des Tellerbodens 28, 38 abstützende Stirnseite des Ven tilschaftes 22, 32 am Tellerboden 28, 38 mechanisch zen triert ist. Bei dem Vollschaftventil 21 nach Fig. 3 ge schieht dies durch einen am Schaftende angearbeiteten Zen trierzapfen 30, der formschlüssig in eine abgestimmte Zen trierbohrung 20 auf der Innenseite des Tellerebodens 28 ein greift. Bei dem Hohlschaftventil 31 nach Fig. 4 wird zur Zentrierung des Ventilschaftendes am Tellerboden die zylin drische Innenoberfläche 32' des hohlen Ventilschaftes 32 ausgenützt. Dementsprechend ist in der Mitte des Tellerbo dens 38 ein kleiner auf das Innenmaß des Hohlschaftes abge stimmter Zentrierzapfen 40 vorgesehen, der formschlüssig in die zylindrische Innenoberfläche des Ventilschaftes ein greift.In order to secure the valve plate tilt-safe at the end of the valve stem, it is advantageous if the axial un ter mechanical bias is centered on the Innensei te of the plate bottom 28 , 38 supporting end side of the Ven tilschaftes 22 , 32 on the plate base 28 , 38 mechanically centered , In the full-capacity valve 21 of FIG. 3 ge this happens by a Zen trierzapfen worked on the shank end 30 , the form-fitting in a tuned Zen trier bore 20 on the inside of the plate bottom 28 engages. In the hollow shaft valve 31 of FIG. 4, the cylin drical inner surface 32 'of the hollow valve stem 32 is utilized for centering the valve stem end on the plate bottom. Accordingly, in the middle of Tellerbo dens 38 a small on the internal dimension of the hollow shaft agreed centering pin 40 is provided which engages positively in the cylindrical inner surface of the valve stem.

Durch die in Fig. 4 dargestellte Alternative des gebauten Ventils soll gezeigt werden, daß auch bei Einsatz des zwei ten Lösungsweges mit Vorspannkraftreserve innerhalb des hoh len Ventiltellers nicht nur ein Vollquerschnitt-Ventilschaft 22 (Fig. 3) sondern auch ein hohler Ventilschaft 32 in Fra ge kommen kann, wodurch das gebaute Ventil um ein gewisses Maß leichter gestaltet werden kann. Die in Fig. 4 gezeigte Form des Hohlschaftes 32 kann aus einem Rohrstück beispiels weise im Rollfließverfahren rationell hergestellt werden.The illustrated in Fig. 4 alternative of the built valve is to be shown that even when using the two-th solution with biasing force reserve within the high len valve disk not only a full-section valve stem 22 ( FIG. 3) but also a hollow valve stem 32 in Fra can come ge, whereby the built valve can be made lighter by a certain extent. The shape shown in Fig. 4 of the hollow shaft 32 can be made of a piece of pipe example, in a rational manner Rollfließverfahren.

Claims

1. Built-valve ( 1 , 11 ) for reciprocating engines, consisting of a valve stem ( 2 , 12 ) and a structurally ge special valve disc ( 3 , 13 ), provided with a valve disc ( 3 , 13 ), to the combustion chamber side of the valve plate ( 3 , 13 ) formed continuously, ie open at the combustion chamber side center opening ( 4 , 14 ) for receiving the plate-side end of the valve stem ( 2 , 12 ), where at a circumferentially extending, within the central opening ( 4 , 14 ) remaining , undercut extension ( 5 , 15 ) in the valve head ( 3 , 13 ) is provided, the thickening with harmonious rounded transitions is ausgebil det in its cross section corresponding to an adjusting during axial hot upsetting free material, also with at least one at the plate end of the valve stem ( 2 , 12 ) attached, as an axial compression of the material cross-section of the Schaftroh lings ( 2 ', 12 ') formed thickening ( 6 , 16 ), the in the plate-side, undercut extension ( 5 , 15 ) of the central opening ( 4 , 14 ) engages such that the tel lerseitige undercut extension ( 5 , 15 ) the shank side thickening ( 6 , 16 ) axially overlaps and the latter by the plate-side undercut Erwei sion ( 5 , 15 ) is clamped axially, with a positive, both in the pressure and in the pull direction be loadable, as well as jam-proof connection between the valve stem and the valve plate is made.

2. Built-valve ( 21 , 31 ) for reciprocating engines, best starting from a valve stem ( 22 , 32 ) and from a construction Lich separate valve disc ( 23 , 33 ),
with a valve plate ( 23 , 33 ) provided on the center opening ( 24 , 34 ) for receiving the plate-side end of the valve stem ( 22 , 32 ), wherein within the tenöff with ( 24 , 34 ) extending in the circumferential direction, undercut extension is provided , in which the valve stem ( 22 , 32 ) engages positively with its tel lerseitigen end, so that both in compression and tensile loadable, as well as jam-proof connection between the valve stem ( 22 , 32 ) and the valve disc ( 23 , 33 ) comes about,
the valve plate ( 23 , 33 ) is as one of a cone-shaped upper part ( 27 , 37 ) and from a scheibenförmi conditions, with the upper part ( 27 , 37 ) welded ( 29 , 29 ', 39 ) plate base ( 28 , 38 ) existing Hollow body forms, which is only centrally open at the conical upper part ( 27 , 37 ) for the top-side passage of the valve stem ( 22 , 32 ) (center opening 24 , 34 ),
the axial component elasticity of the plate bottom ( 28 , 38 ) is substantially greater than the axial component elasticity of the stiffest in the extent possible, conical upper part ( 27 , 37 ),
in which in the hollow body ( 23 , 33 ) projecting part of the valve stem ( 22 , 32 ) a radially projecting collar ( 26 , 36 ) is arranged, the upper side cross-sectional contour ( 26 ', 36 ') with the inside cross-sectional contour ( 25 , 35 ) of the cavity of the conical upper part ( 27 , 37 ) coincides and there is under mechanical nischer bias,
the end face of the valve stem ( 22 , 32 ) is supported axially under mechanical prestressing centrally on the inside of the plate base ( 28 , 38 ),
in the installed state of the plate bottom ( 28 , 38 ) is axially under a mechanical bending bias, such that the outer edge of the plate bottom ( 28 , 38 ) - in comparison to the axial position of the outer edge in the relaxed state - in the context of component elasticity in the direction of the combustion chamber side facing away of the valve disk ( 23 , 33 ) is offset axially (offset dimension A).

3. Valve according to claim 1, characterized in that the valve stem ( 12 ) formed hollow and the shaft side upset material thickening ( 16 ) from the wall of the hollow shaft ( 12 ) is formed, wherein the inner wall in the axial region of the upset material thickening ( 16 ) cylindrical is formed, and that the hollow shaft ( 12 ) is closed on the combustion chamber side ( 12 ''').

4. Valve according to claim 3, characterized in that the upset stem blank ( 12 ') blunt at the Axialposi tion of the combustion chamber side of the valve disk terminates and that the combustion chamber side closure of the hollow shaft ( 12 ) by a end-welded plug ( 12 ''') GE is forming.

5. Valve according to claim 1, characterized in that the valve disc ( 3 , 13 ) made of a material having a clotting Geren coefficient of thermal expansion than steel, the material of the valve stem ( 2 , 12 ) consists.

6. Valve according to claim 1, characterized in that the consisting of a ceramic valve plate ( 3 ) in turn consists of two interconnected by sintering moldings ( 7 , 8 ), wherein a dividing joint between the in the mold parts ( 7 , 8 ) axially the position of the largest diameter of the circumferentially extending extension ( 5 ).

7. Valve according to claim 6, characterized in that the two mold parts ( 7 , 8 ) of the valve disc ( 3 ) are centered by a near-cylindrical outer parting gap with low conicity to each other.

8. Valve according to claim 6 or 7, characterized in that the two mold parts ( 7 , 8 ) of the valve disc ( 3 ) consist of the same ceramic and that the joint along which the two mold parts ( 7 , 8 ) are interconnected, is doped with a chemically irreversible at the time of melting with the ceramic used metal and / or metal-like element or with a Le alloy based thereon.

9. Valve according to claim 2, characterized in that the axially under mechanical prestress centric on the inside of the plate bottom ( 28 , 38 ) supporting the end face of the valve stem ( 22 , 32 ) by a pair of coordinated, shank side or bodenseiti conditions cylindrical surfaces ( 20 and 30 , 32 'and 40 ) on the Tellerbo the ( 28 , 38 ) is mechanically centered.

10. Valve according to claim 2, characterized in that the valve stem ( 32 ) and the radially projecting collar ( 36 ) are hollow, wherein the radially projecting collar ( 36 ) from the wall of the hollow shaft ( 32 ) is formed.

11. Valve according to claim 9 and 10, characterized in that the inside of the plate base ( 38 ) under bias anlie ing and there blunt-ended hollow shaft ( 32 ) by egg nen from the plate bottom upstanding pin ( 40 ) is centered, in diameter on the cylindrical inner surface ( 32 ') of the hollow valve stem ( 32 ) is tuned.

12. Valve according to claim 2, characterized in that the weld joint and its following weld ( 29 ') between tween the disc-shaped plate bottom ( 28 ) and the ke gelförmigen upper part ( 27 ) of the hollow valve disc ( 23 ) extend in an axially perpendicular plane ,

13. Valve according to claim 2, characterized in that the weld joint and its following weld ( 29 ) between tween the disc-shaped plate bottom ( 28 , 38 ) and the conical upper part ( 27 , 37 ) of the hollow valve disc ( 23 , 33 ) along a cylindrical or conical surface extend.

14. A method for producing a built-valve ( 1 , 11 ) for reciprocating engines, in particular for producing a valve according to claim 1, which consists of a valve stem ( 2 , 12 ) and a structurally separate valve disc ( 3 , 13 ), with a in Valve plate ( 3 , 13 ) attached center opening ( 4 , 14 ) for receiving the plate-side end of the valve stem ( 2 , 12 ), the one extending in the circumferential direction, within the Mittenöff opening ( 4 , 14 ) remaining, undercut extension ( 5 , 15 ), in which at least one at tellerseiti gene end of the valve stem ( 2 , 12 ) attached Verdi ckung ( 6 , 16 ) positively engages in which Ver drive extending in the circumferential direction extension ( 5 , 15 ) of the center opening ( 4 , 14 ) of the valve disk ( 3 , 13 ) in its cross-section according to a set in the axial warm upsetting free Materialverdi cover with harmoniously rounded transitions Is and that the shank side thickening ( 6 , 16 ) by axial compression of the material cross-section of heated to hot forming temperature, in the center opening ( 4 , 14 ) inserted stem blank ( 2 ', 12 ') is generated, wherein the valve disc ( 3 , 13 ) is also heated to an elevated Tem temperature and wherein the stem to be compressed stem blank ( 2 ', 12 ') above and below the valve plate ( 3 , 13 ) on the outside by a support tool ( 50 , 51 , 52 ) is axially slidably supported.

15. The method according to claim 14, characterized in that the valve disc ( 13 ) during the upsetting of the Schaftroh lings ( 12 ') at least on the hot working temperature of the material of the stem blank ( 12 ') is heated.

16. The method according to claim 14, characterized in that within the central opening ( 14 ) extending in the circumferential direction, undercut extension ( 15 ) by egg nen correspondingly shaped, lost core of a casting or mold is generated.

17. The method according to claim 14, characterized in that in a GE from a prefabricated Ventililtellergrüning sintered valve disk, the valve disk is molded from a sinterable powder, the circumferentially extending extension ( 15 ) of the center opening ( 14 ) by a reusable core ( 43 , 44 , 45 , 45 ') is generated, which consists at least partially of a rubber-elastic material which is axially compressed and / or hydraulically expanded in the manufacture position of the valve disc green, ie during the Ver sealing process of the powder and thereby enlargement ( 15 ) is formed automatically.

18. The method according to claim 14, characterized in that for generating within the center opening ( 4 ) in order circumferential direction extending, undercut Extensions tion ( 5 ) of the valve plate ( 3 ) in turn made of two molded parts ( 7 , 8 ) is, wherein the valve plate ( 3 ) by a dividing joint in the two mold parts ( 7 , 8 ) is divided, which extends at least partially in the plane of the largest diameter of the extension ( 5 ).

19. The method according to claim 18, characterized in that the two of a same ceramic moldings ( 7 , 8 ) are soldered together using such a solder, which is made of a metal and / or metal-like member or of an alloy thereof be which reacts chemically irreversibly with the ceramic used when melting.

20. The method according to claim 18, characterized in that the two of a weldable or brazeable material consisting of molded parts ( 7 , 8 ) are welded or soldered together.

21. The method according to claim 14, characterized in that currency end of the upsetting of a hollow shaft ( 12 ) of this additional Lich on the inside by a in the interior of the Holschaf tes ( 12 ) to be introduced supporting mandrel ( 52 ) is supported.

22. The method according to claim 14 or 21, characterized in that the shaft blank ( 2 ', 12 ') only locally, namely in the axial loading area of the forming, is heated to forming temperature.

23. The method according to claim 22, characterized in that the local heating of the shaft blank ( 2 ', 12 ') on forming temperature by a resistance-electric heating ( 54 , 55 ) of the shaft blank ( 2 ', 12 ') generated and / or maintained becomes.

24. The method according to claim 14, characterized in that the valve disc ( 3 , 13 ) before and during the compression of the shaft blank ( 2 ', 12 ') by at least one directed towards him, open flame (burner 56 ) is heated.

25. A method for producing a built-valve ( 21 , 31 ) for reciprocating engines, in particular for producing a valve according to claim 2, which consists of a valve stem ( 22 , 32 ) and a structurally separate valve disc ( 23 , 33 ) having a central opening ( 24 , 34 ) for receiving the plate-side end of the valve stem ( 22 , 32 ), into which the valve stem ( 22 , 32 ) engages positively with its plate-side end, so that a loadable in both the compression and in the direction of pull, as well tilt-safe connection between the valve stem ( 22 , 32 ) and the valve plate ( 23 , 33 ) is achieved, with the following process steps:

- It is an axially stiff as possible, conical O berteil ( 27 , 37 ) of a hollow valve disk ( 23 , 33 ) and a separate disk-shaped, with respect to the axial component elasticity much softer than the conical upper part ( 27 , 37 ) formed Tellerbo the ( 28 38 ) each made of a weldable lightweight material, wherein only on the conical upper part ( 27 , 37 ) is left a central opening ( 24 , 34 ) for o over-performing the valve stem ( 22 , 32 ),
- It is also a valve stem ( 22 , 32 ) produced with a ra dial projecting collar ( 26 , 36 ) in the area of the disherna hen end, wherein the upper side cross-sectional contour ( 26 ', 36 ') of the radially projecting collar ( 26 , 36 ) With the inside cross-sectional contour ( 25 , 35 ) of the cavity of the conical upper part ( 27 , 37 ) coincides and wherein the distance between the top cross-sectional contour ( 26 ', 36 ') of the radially projecting collar ( 26 , 36 ) from the plate-like end of the valve tage ( 22 , 32 ) to a certain, within the component elasticity of the plate bottom ( 28 , 38 ) lying dimension (A) is greater than the clear axial free space within the closed hollow body of the valve disk ( 32 , 33 ),
- After the joining of conical upper part ( 27 , 37 ), valve stem ( 22 , 32 ) and plate bottom ( 28 , 38 ) the latter is axially braced in such a way that the edge of the plate bottom ( 28 , 38 ) and the edge of the kegelförmi conditions Upper parts ( 27 , 37 ) lie directly on one another, and
- While maintaining the thus generated, axially braced state of the plate base ( 28 , 38 ) of this with the conical upper part ( 27 , 37 ) is welded ( 29 , 29 ', 39 ).