DE10223675C1 - Verfahren zur Herstellung eines gebauten Ventiles mit Hohlschaft für Hubkolbenmaschinen - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines gebauten Ventiles mit Hohlschaft für HubkolbenmaschinenInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines gebauten Hohlschaftventils, wobei der Hohlschaft einen die Einstecktiefe des Schaftes in eine Mittenöffnung des Ventiltellers begrenzenden achssenkrechten Bund aufweist. Der Hohlschaft ist an beiden Enden verschlossen, wobei der Steckzapfen die brennraumseitige Begrenzungskontur der Mittenöffnung formschlüssig übergreift und/oder ausfüllt. Zur besonders rationellen Herstellung eines solchen Hohlschaftventils wird der rohrförmige Schaftrohling erfindungsgemäß im Einzelzustand, d. h. vor dem Fügen des Ventiltellers auf den Ventilschaft, zunächst zumindest am tellerseitigen Ende in einem rotationssymmetrischen Umformverfahren umgeformt und dabei unter Bildung eines Steckzapfens das tellerseitige Ende des Ventilschaftes verschlossen. Nach dem Fügen des Ventiltellers auf den Ventilschaft wird das brennraumseitig überstehende Ende des verschlossenen Ventilschaftes in die Erweiterung der Mittenöffnung formschlüssig angestaucht. Vorteilhafterweise erfolgt auch das Verschließen des tellerfernen Endes des Ventilschaft-Rohlings und/oder das Anbringen des tiefenbegrenzenden achssenkrechten Bundes am Außenumfang des Ventilschaft-Rohlings ebenfalls durch Massivumformung der Rohrwandung, vorzugsweise im Fließrollverfahren.
Description
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herstellung
eines gebauten Ventils mit Hohlschaft für Hubkolbenmaschinen
nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, wie es beispielsweise
aus der älteren Patentanmeldung der Anmelderin gemäß der
nicht vorveröffentlichten DE 100 29 299 A1 als bekannt her
vorgeht.
In der DE 100 29 299 A1 werden verschiedene bauliche Gestal
tungen von gebauten Hohlschaftventilen unter Schutz ge
stellt, wobei diese Schrift auch auf die Herstellungsverfah
ren der vorgestellten Ventilbauarten eingeht. Gemeinsam im
Hinblick auf das Hohlschaftventil nach der älteren Patentan
meldung und dem nach der vorliegenden Erfindung herzustel
lenden Hohlschaftventil ist, dass das Ventil mit einem mas
siven Ventilteller mit durchgehender Mittenöffnung zur Auf
nahme des tellerseitigen Endes des Ventilschaftes versehen
ist, dass der aus einem Rohrstück gebildete Ventilschaft
seinerseits am Außenumfang einen die Einstecktiefe des Ven
tilschaftes in die Mittenöffnung begrenzenden achssenkrech
ten Bund oder eine ringförmige Anlagefläche aufweist und an
seinem tellerseitigen Ende an der brennraumseitigen Begren
zungskontur der Mittenöffnung - diese formschlüssig über
greifend und/oder ausfüllend - aufgeweitet und verschlossen
ist und dass der hohle Ventilschaft auch am tellerfernen En
de geschlossen ist. Bei der Herstellung eines solchen Hohl
schaftventils wird nach der o. g. Druckschrift - ausgehend
von einem rohrförmigen Ventilschaft-Rohling - zunächst der
tiefenbegrenzende achssenkrechte Bund am Außenumfang des
Schaftrohlings erzeugt. Im Verlauf des Herstellungsverfah
rens wird auch das tellerferne Ende des Ventilschaftes ver
schlossen, indem dort ein Ventilendstück in das Rohr einge
setzt und an ihm festgeschweißt wird, was vor oder nach dem
Fügen des Ventiltellers erfolgen kann. Zum Fügen des Ventil
tellers wird der am tellerseitigen Ende noch rohrförmig of
fene, aus einem schweißbaren Werkstoff bestehende Ventil
schaft axial in die Mittenöffnung des Ventiltellers bis zum
Anliegen der Schulter eingesteckt und das an der Brennraum
seite des Teller überstehende Rohrende aufgeweitet und durch
einen eingeschweißten Füllkörper gasdicht verschlossen, wo
bei die Rohraufweitung durch den Füllkörper in ihrer Form
stabilisiert wird.
Vorteilhaft an dem gebauten, aus der nicht vorveröffentlich
ten DE 100 29 299 A1 bekannten Hohlschaftventil ist das ge
ringe Gewicht des Ventils, welches zum einen durch den hoh
len Ventilschaft und zum anderen dadurch bedingt ist, dass
thermisch und/oder tribologisch hoch belastbare Leichtbau
werkstoffe, insbesondere Keramik oder Titanaluminid, für den
Ventilteller verwendet werden können. Nachteilig an dem be
kannten Ventil ist jedoch, dass für das Schließen des tel
lerseitigen und des tellerfernen Endes des rohrförmigen
Schaftes ein gesondertes Füllstück verwendet werden muss,
was eine gesonderte Fertigung der Füllstücke und überdies
jeweils einen entsprechenden Fügevorgang erfordert. Nachtei
lig ist ferner, dass der Hohlschaft erst nach dem Fügen des
Ventiltellers am tellerseitigen Ende geschlossen werden
kann, und zwar in sofern, als hier das Fügen von verschiede
nen Bauteilen zu einem mehrteiligen Werkstück einerseits und
das Fertigstellen eines der Bauteile andererseits in einem
Arbeitsvorgang miteinander verquickt sind. Eine Endkontrolle
aller vollständig fertig gestellten Einzelteile vor dem Fü
gen ist nicht möglich. Im Falle von Ausschuss des erst beim
Fügen fertig gestellten Einzelteils müsste das gesamte,
mehrteilig zusammengesetzte Werkstück verworfen werden. Dies
macht nicht nur die Endkontrolle des Werkstückes kompli
ziert, sondern verteuert auch die Fertigung.
Über die eingangs genannte Druckschrift hinaus zeigt auch die
EP 296 619 A1 ein gebautes Ventil mit Hohlschaft, dessen bau
liche Komponenten aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen.
Der rohrförmige Ventilschaft besteht vorzugsweise aus Chrom-
Molybdän-Stahl und ist am tellerfernen Ende mit einem geson
derten Schaftendstück aus Keramik oder aus einem temperatur
beständigen martensitischen Stahl verschlossen. Der Ventil
teller, der bevorzugt aus der intermetallischen Phase Titan
aluminid bestehen soll, kann durch Präzisionsgießen herge
stellt werden. Der fertige Ventilteller ist oberseitig mit
einer Sacklochbohrung zur Aufnahme des tellerseitigen Schaft
endes versehen. Durch Aufschrumpfen, kalt Einpressen, Löten
oder durch eine Kombinationen dieser Verbindungstechniken
kann der Ventilschaft in der Sacklochbohrung befestigt sein.
In einem dort zeichnerisch dargestellten Fall ist die Leibung
der Sacklochbohrung außerdem gewellt ausgebildet, wobei die
endseitige Wandung des Schaftrohres unter dem Einfluss von
Druck und örtlicher Erwärmung aufgeweitet werden und sich da
bei formschlüssig in die bohrungsseitigen Wellen einlegen
soll. Bei dem gebauten Hohlschaftventil nach der EP 296 619 A1
ist zwar kein gesondertes Füllstück zum Verschließen des
tellerseitigen Endes des rohrförmigen Ventilschaftes erfor
derlich, jedoch steht dem der wesentlich gravierende Nachteil
gegenüber, dass die Verbindung zwischen Ventilschaft und Ven
tilteller unter den sowohl in thermischer als auch in mecha
nischer Hinsicht erheblichen statischen und dynamischen Be
lastungen nicht ausreichend haltbar ist.
Die DE 197 14 753 A1 zeigt das Warmumformen eines Rohrendes
zu einem geschlossenen Behälterboden in Form eines Rotation
sellipsoids im Fließrollverfahren. Dabei wird das endseitig
auf Schmiedetemperatur erwärmte Rohr in eine drehantreibbare
Halterung eingespannt, deren Rotationsachse konzentrisch zur
Rohrachse liegt. In axialer Gegenüberstellung zum rotieren
den Rohrende ist ein rotierendes und rotationssymmetrisch
ausgebildetes Schmiedewerkzeug vorgesehen, dessen Rotations
achse zwar parallel zur Rotationsachse des Rohres aber ex
zentrisch zu ihr angeordnet ist. Die schüsselförmige, form
gebende Oberfläche des Schmiedewerkzeugs entspricht im radi
al äußeren Bereich dem Meridianquerschnitt des zu formenden
Behälterbodens. Die Exzentrizität der Rotationsachsen von
Werkstück und Werkzeug ist so gewählt, dass der Außenrand
der formgebenden Oberfläche des Schmiedewerkzeuges und der
Außenrand des Rohres an einer Umfangsstelle, die in Richtung
der Exzentrizität liegt, auf einer gemeinsamen Mantellinie
liegen. Zum Umformen des erwärmten Rohrendes werden Werk
stück und Werkzeug in der Weise drehangetrieben, dass die
sich momentan berührenden Bereiche von Werkstück und Werk
zeug in gleicher Richtung und mit etwa der gleichen Ge
schwindigkeit umlaufen. Durch eine axiale Annäherung des er
wärmten Rohrendes an die formgebende Oberfläche des Schmie
dewerkzeuges wird die erwärmte Wandung des Rohrendes radial
nach innen gebördelt, wobei im Umformprozess reibungsbedingt
eine weitere Erwärmung des Rohrendes eintritt. Die radial in
Richtung zur Rohrmitte hin umgebördelte Rohrwandung wird in
Umfangsrichtung gestaucht und nimmt dadurch an Wandstärke
zu. Durch anhaltenden Axialvorschub kann der Bördelvorgang
so weit fortgesetzt werden, bis der radial nach innen abge
drängte Rohrwandungsrand sich in der Rohrmitte schließt, wo
bei er aufgrund der Prozesswärme gasdicht verschweißt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, das gattungsgemäß
zugrundegelegte Herstellungsverfahren dahingehend zu verbes
sern, dass das Hohlschaftventil noch rationeller hergestellt
werden kann.
Diese Aufgabe wird bei Zugrundelegung des gattungsgemäßen
Herstellungsverfahrens erfindungsgemäß durch die kennzeich
nenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
Danach wird der rohrförmige Schaftrohling zumindest an dem
tellerseitigen Ende durch an sich bekannte rotationssymmet
rische Umformverfahren unter Bildung eines Steckzapfens ver
schlossen, wobei kein gesondertes Füllstück erforderlich
ist. Vielmehr wird der für das Verschließen des Rohrendes
erforderliche Werkstoff durch Anstauchen oder Umbördeln der
Wandung des Schaftrohres aus dem Rohrwerkstoff selber "ge
holt", d. h. axial und/oder radial nach innen abgedrängt, was
durch kostengünstige Umformverfahren wie z. B. das Fließrol
len oder das Rundkneten auf hochrationelle Weise geschieht.
Erst nach dem Aufstecken des Ventiltellers auf den solcher
art verschlossenen Ventilschaft wird das an der Brennraum
seite des Ventiltellers überstehende Ende des Ventilschaftes
in die dortige Ansenkung der Mittenöffnung zurückgestaucht
und so der Ventilschaft formschlüssig mit dem Ventilteller
verbunden. Aufgrund des Wegfalls eines Herstellungsvorganges
für einen Verschlusskörper und eines entsprechenden Fügevor
ganges und aufgrund des Einsatzes der in dieser Anwendung
neuartigen, kostengünstigen Umformverfahren wird eine effek
tive und preiswerte Fertigung für das gebaute Hohlschaft
ventil erreicht.
Wenn das Fließrollen im Warmzustand durchgeführt wird - im
Umformprozess erwärmt sich der Werkstoff reibungsbedingt
selber noch zusätzlich -, schweißt der radial zum Rotations
zentrum abgedrängte, auf Schweißwärme erwärmte Werkstoff im
Zentrum gasdicht zusammen, wobei es stirnseitig zu einer
Wandverdickung kommt. Beim Kaltumformen wird zwar nicht in
jedem Fall ein gasdichter Verschluss erzielt, jedoch ist die
so erzielte Dichtheit an einem Ende es Ventilschaftes für
den normalen Motorbetrieb ausreichend. Nur im Fall einer
Füllung des Hohlschaftes mit einem Kühlmedium ist ein gas
dichter Verschluss an beiden Ventilschaftenden erforderlich.
Bei einem kalt umgeformten und endseitig verschlossenen Ven
tilschaft würde eine punktförmige, endseitige Schmelz
schweißung zur Absicherung der Gasdichtheit genügen.
Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung können den
Unteransprüchen entnommen werden; im übrigen ist die Erfin
dung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausfüh
rungsbeispieles nachfolgend noch erläutert; dabei zeigen:
Fig. 1a bis 1i eine neunteilige Bilderfolge der verschiede
nen Phasen eines ersten Ausführungsbeispieles eines
Verfahrens zur Herstellung von gebauten Hohlschaft
ventilen, wobei alle Detailformen des Ventilschafts,
insbesondere auch der Bund daran im Fließrollverfah
ren angeformt werden,
Fig. 2a bis 2e eine fünfteilige Bilderfolge der verschiede
nen Phasen eines zweiten Verfahrensbeispieles, wobei
die Darstellung jedoch auf die Herstellung des Hohl
schaftes beschränkt ist und wobei der Bund daran
durch zerspanende Formgebung erzeugt wird,
Fig. 3a bis 3e ebenfalls eine fünfteilige Bilderfolge der
verschiedenen Phasen eines dritten Verfahrensbeispie
les, wobei der Bund an dem Hohlschaft durch Auf
schweißen einer Rohrmanschette erzeugt wird, und
Fig. 4a bis 4e eine fünfteilige Bilderfolge der verschiede
nen Phasen eines vierten Ausführungsbeispieles eines
Verfahrens zur Herstellung von gebauten Hohlschaft
ventilen, wobei der zunächst rohrförmige Ventilschaft
am tellerseitigen Ende durch Stauchen und Rundkneten
verschlossen und dort ein massiver Aufsteckzapfen er
zeugt wird.
Übereinstimmend bei den vier zeichnerisch angedeuteten Aus
führungsbeispielen für ein Verfahren zur Herstellung eines
gebauten Hohlschaftventils für Hubkolbenmaschinen sind zu
nächst gewisse bauliche Gesaltungsmerkmale des gebauten Ven
tils selber. Und zwar ist das Ventil 1, 1' bzw. 1" mit einem
Ventilteller 3, 3' bzw. 3" mit durchgehender Mittenöffnung 4,
4', 4" zur Aufnahme des tellerseitigen Endes des hohlen Ven
tilschaftes 2, 2', 2", 2''' versehen, welcher in vier ver
schiedenen Ausführungsbeispielen gezeigt ist. Bei der Her
stellung des hohlen Ventilschaftes wird an diesem außenseitig
zunächst ein die Einstecktiefe des Ventilschaftes in die Mit
tenöffnung begrenzender achssenkrechter Bund 7, 7', 7", 7'''
oder eine ringförmige Anlagefläche angeformt. Am tellerseiti
gen oder brennraumseitigen Ende und auch am tellerfernen Ende
ist der hohle Ventilschaft unter Bildung eines Steckzapfens
17, 17', 17", 17''' verschlossen. Nach dem Einstecken des Ven
tilschaftes in die Mittenöffnung 4, 4', 4" des Ventiltellers
wird das brennraumseitig überstehende Ende des Ventilschaftes
durch einen Umformvorgang aufgeweitet, wobei die sich nach
unten erweiternde, brennraumseitige Begrenzungskontur 6 der
Mittenöffnung 4, 4', 4" durch die Anstauchung 8, 8' des Ven
tilschaftendes formschlüssig ausgefüllt wird.
Um das Hohlschaftventil besonders rationell herstellen zu
können, wird erfindungsgemäß in allen vier Vefahrensvarianten
ein an sich bekanntes rotationssymmetrisch wirksames Umform
verfahren - insbesondere Fließrollen oder Rundkneten - zur
Umformung des Ventilschaftrohlings eingesetzt. Übereinstim
mender Gedanke aller zeicherisch angedeuteten Verfahren ist,
dass der rohrförmige Schaftrohling 13, 13' im Einzelzustand,
d. h. vor dem Fügen des Ventiltellers auf den Ventilschaft,
zunächst zumindest am tellerseitigen Ende, vorzugsweise im
Warmzustand, radial nach innen abgedrängt und dabei in der
Weise und so weit umgeformt wird, dass das tellerseitige Ende
des Ventilschaftes dicht, vorzugsweise gasdicht, verschlossen
wird. Bei ausreichender Prozesswärme verschweißt die Rohrwan
dung zentrisch - Verschluss 14 bzw. 14' - gegen Ende des Um
formprozesses selbsttätig. Bei den gezeigten Ausführungsbei
spielen wird außerdem das tellerferne Ende 10 im Fließroll
verfahren geformt und verschlossen - Verschluss 15. Nach dem
Aufstecken des Ventiltellers 3, 3', 3" auf den Ventilschaft
2, 2', 2", 2''' bis an den Bund 7, 7', 7", 7''' wird das brenn
raumseitig überstehende Ende des verschlossenen Ventilschaf
tes in die brennraumseitige Begrenzungskontur 6 der Mitten
öffnung 4, 4', 4" formschlüssig unter Bildung der Verdickung
8 bzw. 8' angestaucht, wodurch eine formschlüssige Verbindung
zwischen Ventilschaft und Ventilteller zustande kommt.
Einzelheiten und Varianten des Herstellungsverfahrens sollen
nachfolgend anhand der zeichnerisch dargestellten Bilderfol
gen erläutert werden, wobei das Grundsätzliche des Verfahrens
im Zusammenhang mit der ersten Phasenfolge nach den Fig.
1a bis 1i geschildert wird:
Gemäß Fig. 1a wird zur Herstellung des Ventilschaftes 2 von einem auf eine bestimmte Länge abgelängten Rohrstück 13 als Rohling ausgegangen, dessen Außendurchmesser - abgesehen von einem geringen Bearbeitungsaufmaß - dem gewünschten Durchmes ser des fertigen Ventilschaftes entspricht. Die Wanddicke des Ausgangsrohres ist entsprechend den Beanspruchungen des Ven tilschaftes gewählt; sie dürfte bei Ventilen für Pkw-Motoren im Bereich von etwa 1 bis 2,5 mm liegen. Der Werkstoff des Rohrstückes 13 entspricht einem für Ventile üblichen legier ten Stahl, wobei für ein thermisch stärker beanspruchtes Aus lassventil ein hochwarmfesten Chrom/Nickel-Stahl und für ein thermisch weniger stark beanspruchtes Einlassventil ein kor rosionsbeständiger Stahl vorgesehen werden kann. Beispiels weise kann der Ventilschaft für Auslassventile aus einem Ven tilstahl der Bezeichnung 1.4571 oder X6CrNiMo_17_12_2 mit 0,06 Gew.-% Kohlenstoff, 17 Gew.-% Chrom, 12 Gew.-% Nickel, 2 Gew.-% Molybdän und Rest Eisen bestehen. Für die Ventilschäf te von Einlassventilen seien als Beispiele folgende Stähle erwähnt, wobei die Zusammensetzung in Gewichtsprozent genannt ist und als Rest stets Eisen auf 100% zu ergänzen ist:
Gemäß Fig. 1a wird zur Herstellung des Ventilschaftes 2 von einem auf eine bestimmte Länge abgelängten Rohrstück 13 als Rohling ausgegangen, dessen Außendurchmesser - abgesehen von einem geringen Bearbeitungsaufmaß - dem gewünschten Durchmes ser des fertigen Ventilschaftes entspricht. Die Wanddicke des Ausgangsrohres ist entsprechend den Beanspruchungen des Ven tilschaftes gewählt; sie dürfte bei Ventilen für Pkw-Motoren im Bereich von etwa 1 bis 2,5 mm liegen. Der Werkstoff des Rohrstückes 13 entspricht einem für Ventile üblichen legier ten Stahl, wobei für ein thermisch stärker beanspruchtes Aus lassventil ein hochwarmfesten Chrom/Nickel-Stahl und für ein thermisch weniger stark beanspruchtes Einlassventil ein kor rosionsbeständiger Stahl vorgesehen werden kann. Beispiels weise kann der Ventilschaft für Auslassventile aus einem Ven tilstahl der Bezeichnung 1.4571 oder X6CrNiMo_17_12_2 mit 0,06 Gew.-% Kohlenstoff, 17 Gew.-% Chrom, 12 Gew.-% Nickel, 2 Gew.-% Molybdän und Rest Eisen bestehen. Für die Ventilschäf te von Einlassventilen seien als Beispiele folgende Stähle erwähnt, wobei die Zusammensetzung in Gewichtsprozent genannt ist und als Rest stets Eisen auf 100% zu ergänzen ist:
- - 1.4006 oder X10Cr13 mit 0,10% Kohlenstoff und 13% Chrom,
- - 1.4113 oder X6CrMo171 mit 0,06% C, 17% Cr, 1% Mo,
- - 1.4301 oder X8Crni18_10 mit 0,08% C, 18% Cr, 10% Ni.
Das Rohrstück 13 wird gemäß den Fig. 1b und folgende in
ein rotierendes Spannfutter 20 eingespannt, welches axial auf
einen gegenüberliegenden Rollkopf mit definierter Vorschubge
schwindigkeit vorgeschoben werden kann. Das Werkstück und der
Rollkopf rotieren mit gleichsinniger Umfangsgeschwindigkeit.
Es versteht sich im Hinblick auf die Vorschubbewegung inner
halb des Umformprozesses, dass es sich hierbei lediglich um
eine Relativbewegung von Werkstück zu Werkzeug handelt. Es
ist also ohne weiteres auch denkbar, dass das Werkstück axial
vorgeschoben wird und dass der Rollkopf stillsteht.
Die zuletzt genannte Alternative mit axial stillstehendem
Werkstück und axial verschiebbaren Rollkopf erscheint im Hin
blick auf eine Bearbeitungsmaschine in Revolverbauart durch
aus sinnvoll. Dabei können die am Umfang einer schrittweise
revolvierenden Trommel rotierend aufgenommenen Ventilschaft
rohlinge an beiden Enden gleichzeitig durch axial verschieb
bare Rollköpfe bearbeitet werden. Während der Rotation des
Werkstücks kann dieses bedarfsweise axial lokal, aber um
fangsmäßig gleichmäßig durch eine ortsfeste Wärmequelle, z. B.
durch einen Brenner oder einen Induktor, erwärmt werden. Bei
Einsatz einer Bearbeitungsmaschine in Revolverbauart kann
nach jedem Revolverschritt der Trommel ein fertiggestellter
Ventilschaft ausgeworfen und ein neuer Rohling 13 an die ent
sprechende Stelle der Trommel eingespannt werden. Auch der
Fügevorgang gemäß den Fig. 1h und 1i könnte u. U. in eine
solche Maschine in Revolverbauart integriert sein. Der Voll
ständigkeit halber sei erwähnt, dass anstelle einer Maschine
in Revolverbauart auch eine solche in Karusselbauart mit
taktweise weiterdrehendem Bearbeitungstisch mit mehreren,
vertikal ausgerichteten Bearbeitungsstationen einsetzbar ist.
Bei der in Fig. 1b dargestellten Arbeitsstation wird der
tiefenbegrenzende, achssenkrechte Bund 7 am Außenumfang des
Ventilschaft-Rohlings 13 durch Massivumformung der Rohrwan
dung im Fließrollverfahren mittels des Rollkopfes 21 erzeugt.
Hierbei kann die Rohrwandung lokal im Umformungsbereich und
kurzzeitig auf Umformungstemperatur erwärmt werden, was in
nerhalb des Prozesses z. B. durch Induktionserwärmung oder
durch eine strich-punktiert angedeutete offene Flamme erfol
gen kann. Eine örtlich gezielte Erwärmung der Rohrwandung ist
auch mittels eines defokussierten, auf die Erwärmungsstelle
gerichteten Laserstrahles denkbar. Die lokale Erwärmung des
Werkstücks gilt gegebenenfalls auch für die anderen Umform
stationen, weshalb sie in den nachfolgenden Stationen zeich
nerisch nicht mehr angedeutet ist.
Grundsätzlich hängt es in erster Linie von der Duktilität des
verwendeten Werkstoffs und von dem zur Erzielung der ge
wünschten Form erforderlichen Umformungsgrad ab, ob die Um
formung im sog. kalten Zustand oder nach Erwärmung des Werk
stoffs auf Umformtemperatur erfolgen soll. Bei Umformung im
Warmzustand kann zugleich ein gasdichter Verschluss erreicht
werden. Bei Kaltumformung muss gegebenenfalls eine punktuelle
Schmelzschweißung am Schaftende vorgenommen werden, um einen
gasdichten Verschluss gewährleisten zu können.
In den Fig. 1c und 1d ist das gasdichte Verschließen 14
des zuvor im Durchmesser reduzierten und mit einem achssenk
rechten Bund 7 versehenen, tellerseitigen Endes des Ventil
schaftes 2 in zwei unterschiedlichen Phasen dargestellt. Die
endseitig auf Umformtemperatur erwärmte Rohlingwandung wird
durch den Rollkopf 22 im Fließrollverfahren radial nach innen
gebördelt, wobei die Wandungsstirnseiten im Zentrum aufeinan
der treffen und an der Verschlussstelle 14 gasdicht ver
schweißen.
Das Durchmesserreduzieren und Anformen eines achssenkrechten
Bundes 7, d. h. die Ausbildung des Steckzapfens 17, kann bei
geeigneter Gestaltung eines Rollkopfes u. U. auch in einem
einheitlichen Fließrollvorgang erfolgen.
Bei den in den Fig. 1e bis 1g gezeigten Arbeitsstationen
wird das tellerferne Ventilschaftende 10 bearbeitet, weshalb
hier das Werkstück in ein anderes Spannfutter 23 aufgenommen
ist. Für den Fall einer Bearbeitung der Ventilschäfte in ei
ner hochrationellen Maschine in Revolver- oder Karusselbauart
ist an dieser stelle selbstverständlich die scheibenartige
Trommel zu denken, an deren Umfang die einzelnen Ventil
schaftrohlinge in der Weise aufgenommen sind, dass ihre bei
den Enden an den gegenüberliegend Stirnseiten der Trommel a
xial frei abragen.
In der Arbeitstation nach Fig. 1e wird, vorzugsweise nach
lokaler Erwärmung der Rohrwandung entlang eines Umfangsstrei
fens auf Umformungstemperatur, die im Querschnitt halbkreis
förmige Umfangsrille für ein Paar von Sicherungskeilen durch
den Rollkopf 24 angeformt. Dabei wird ein Satz von Umformrol
len während der relativen Rotation von Werkstück und Werkzeug
in die vorzugsweise erwärmte Stelle der Rohrwandung radial in
diese eingedrückt. Vor der Weiterbearbeitung des Ventilschaf
tes an einer anderen Stelle wird die Rille 9 gegebenenfalls
auf zwangskonvektive Weise abgekühlt.
In der nachfolgenden Arbeitsstation Fig. 1f - wird die er
wärmte Wandung des Rohrendes durch den Rollkopf 25 radial
nach innen gebördelt und zusammen geschweißt, so dass mittig
ein gasdichter Verschluss 15 entsteht. In einer weiteren Ar
beitsstation gemäß Fig. 1g wird die zunächst gewölbte Wan
dung des Ventilschaftendes durch den Rollkopf 26 in eine ebe
ne, achssenkrechte Form umgeformt. Damit ist der Ventilschaft
2 fertig gestellt.
Der in einer stehenden Orientierung - Ventilteller 3 unten
und Ventilschaft 2 oben - dargestellte Fügevorgang von Ven
tilschaft und Ventilteller ist in zwei Phasen gemäß den
Fig. 1h und 1i gezeigt. Der Ventilschaft ist in einem Spann
futter 23' in der Weise aufgenommen, dass das tellerseitige
Schaftende axial frei abragt.
Der Ventilteller besteht zweckmäßigerweise aus einem bezüg
lich des jeweiligen Einsatzfalles optimierten Werkstoff, wo
bei aufgrund der mehrteiligen Bauweise des Ventils insbeson
dere ein Leichtbauwerkstoff verwendet werden kann. Bei ther
misch höher beanspruchten Auslassventilen kann der Ventiltel
ler aus einer Keramik, beispielsweise Siliciumcarbid (510)
oder aus einer intermatallischen Phase, z. B. aus Titanalumi
nid (TiAl) bestehen. Selbstverständlich kommt auch ein geeig
neter Ventilstahl in Frage, beispielsweise ein Ventilstahl
mit der Bezeichnung 1.4882 oder X50CrMnNiNb21_9 mit 0,5 Gew.-%
Kohlenstoff, 21 Gew.-% Chrom, 9 Gew.-% Mangan, 4 Gew.-% Ni
ckel, je 2 Gew.-% Niob bzw. Wolfram und Rest Eisen. Bei ther
misch weniger beanspruchten Einlassventilen kann der Ventil
teller aus einer Titan-Basislegierung bestehen, die als wei
tere Legierungsbestandteile insbesondere Aluminium enthält.
Für Einlassventile kommt selbstverständlich auch Stahl, z. B.
ein solcher mit der Bezeichnung 1.4718 oder X45CrSi9_3 mit
0,45 Gew.-% Kohlenstoff, 9 Gew.-% Chrom, 3 Gew.-% Silizium
und Rest Eisen in Frage.
Der Ventilteller 3 ist mit einer durchgehenden Mittenöffnung
4 versehen, die bezüglich ihres Durchmessers und Profils an
die Form des Ventilschaftes bzw. des Steckzapfens 17 ange
passt ist. Die Teile sind mit einer Presspassung auf einander
abgestimmt, so dass der Ventilteller nach dem Aufstecken auf
den Steckzapfen verliersicher an ihm haften bleibt. Hervorzu
heben ist in diesem Zusammenhang zum einen die tellerseitige,
ringförmige Anlagefläche 5 für den schaftseitigen Bund 7, die
beim dargestellten Ausführungsbeispiel axial im Inneren der
Mittenöffnung 4 angeordnet ist. Aufgrund der versenkten An
ordnung der Anlagefläche 5 ist die Übergangsstelle vom klei
neren zu einem größeren Durchmesser des Ventilschaftes von
der kritischen Stelle an der Oberseite des Ventiltellers axi
al in das Innere des Ventiltellers verlagert, was im Hinblick
auf die Dauerfestigkeit des gebauten Ventils von Vorteil ist.
Zu erwähnen ist ferner die konische Ansenkung 6 des brenn
raumseitigen Randes der Mittenöffnung 4. Nach dem Aufstecken
des Ventiltellers 3 auf den Steckzapfen 17 bis zur gegensei
tigen Berührung der beiden ringförmigen Anlageflächen 5 bzw.
7 (Zustand gemäß Fig. 1h) steht das verschlossene Ventil
schaftende an der Brennraumseite des Ventiltellers axial ge
ringfügig über. Sobald der Ventilteller auf das Schaftende
aufgesteckt ist, wird die aus Teller und Schaft bestehende
Montage-Einheit gleichachsig oberhalb des Rollkopfs 27 posi
tioniert. Nach Erwärmung des überstehenden Endes des Ventil
schaftes wird dieses durch den Rollkopf 27 angestaucht, so
dass die Anstauchung 8 die Ansenkung 6 formschlüssig aus
füllt. Das Ventil ist damit im Rohzustand fertig gestellt.
Nachfolgend soll unter Bezugnahme auf die Bilderfolge der
Fig. 2a bis 2e auf eine Verfahrensvariante zur Herstellung
des Ventilschaftes 2' näher eingegangen werden. Ausgangspro
dukt bei diesem Verfahren ist ein Rohrstück 13' (Fig. 2a)
mit einer größeren Wanddicke als das Rohrstück 13 gemäß Fig.
1a. Bei dem in den Fig. 2a bis 2e dargestellten Verfahren
wird der tiefenbegrenzende, schaftseitige Bund 7' durch eine
außenseitige spanabhebende Bearbeitung der Rohrwandung des
Ventilschaft-Rohlings erzeugt. Nach dieser spanabhebenden Be
arbeitung weist der Ventilschaft-Rohling - abgesehen von dem
Bund 7' - weitgehend die gleiche Wanddicke wie das Rohrstück
13 nach Fig. 1a auf. Diese Bearbeitung kann zugleich mit dem
Ablängen des Rohrstückes 13' von einem längeren Halbzeug-Rohr
auf einem Drehautomaten vorgenommen werden. Die übrigen in
den Fig. 2c bis 2e dargestellten Bearbeitungsvorgänge be
treffen das endseitige Formen und Verschließen des Ventil
schaft-Rohlings im Rollfließverfahren unter Bildung des
Steckzapfens 17'. Diese Bearbeitungsvorgänge stimmen weitge
hend mit den weiter oben im Zusammenhang mit den Fig. 1c
bis 1g beschriebenen Verfahrensschritten überein, so dass in
soweit auf die vorausgehende Beschreibung verwiesen werden
kann. Auch der sich daran anschließende Fügevorgang des Ven
tiltellers ist ganz analog zu dem, was im Zusammenhang mit
den beiden Fig. 1h und 1i weiter oben bereits beschrieben
worden ist.
Der Vorteil des Ventilschaftes 2' mit spanabhebend erzeugtem
Bund 7' (Fig. 2e) gegenüber dem Schaft 2 mit fließgerolltem
Bund 7 (Fig. 1g) besteht darin, dass der im Ventilteller
steckende Steckzapfen 17' des Ventilschaftes den gleichen
Durchmesser aufweist, wie der außerhalb des Ventiltellers
liegende Schaftteil und dass demgemäß keine Steifigkeitsver
änderung über die axiale Erstreckung des Ventilschaftes 2'
vorliegt. Nachteilig ist hingegen der größere Materialeinsatz
und die im Vergleich zum Fließrollverfahren weniger rationel
le Spanbearbeitung des Bundes 7'.
Unter Bezugnahme auf die Bilderfolge der Fig. 3a bis 3e
sei nachfolgend eine dritte Verfahrensvariante zur Herstel
lung des Ventilschaftes 2' geschildert. Ausgangsprodukt bei
diesem Verfahren ist ein Rohrstück 13 (Fig. 3a), welches be
züglich der Wanddicke dem Rohrstück gemäß Fig. 1a ent
spricht. Aus dem Rohrstück 13 nach Fig. 3a wird zunächst in
ganz analoger Weise wie weiter oben im Zusammenhang mit den
Fig. 1c bis 1g bereits geschildert im Fließrollverfahren
ein endseitig geformter und verschlossener hohler Ventil
schaft hergestellt, wie er in Fig. 3b gezeigt ist. Dieser
halbfertige Ventilschaft (Fig. 3b) ist an der späteren Über
gangsstelle zum Ventilteller noch zylindrisch ausgebildet,
weist also noch keinen tiefenbegrenzenden Bund auf.
Gemäß der in Fig. 3c angedeuteten Herstellungsphase wird ein
solcher achssenkrechter Bund 7" am Außenumfang des Ventil
schaft-Rohlings durch außenseitiges Aufstecken einer passge
nauen Rohrmanschette 11 und Festschweißen derselben an ihm
entlang einer Umfangsschweißnaht 12 in einer vorbestimmten
Axialposition erzeugt. Die Manschette 11 weist eine bestimmte
Länge L auf und ist einseitig an ihrem tellerfernen Ende
durch die Ringschweißnaht 12, die z. B. durch ein Laser
schweißverfahren durchgeführt werden kann, mit dem Ventil
schaft-Rohling verschweißt. Die dem Ventilteller zugewandte
Stirnseite der Manschette bildet einen achssenkrechten, tie
fenbegrenzenden Bund 7". Aufgrund der einseitigen Verschwei
ßung 12 der Manschette 11 an dem Ventilschaftrohr kann sich
der Bund 7" relativ zum Ventilschaftrohr im Rahmen der Werk
stoff-Elastizität axial verlagern, wobei diese elastisch be
dingte Verlagerungsstrecke um so größer ist, je größer die
Länge L der Manschette ist. Der über den Bund 7" axial über
stehende Teil des verschlossenen Ventilschaftes 2" bildet den
vorliegend relativ kurzen Steckzapfen 17".
Der mit dem solcherart hergestellten Ventilschaft 2" zu mon
tierende Ventilteller 3', der in diesem Fall vorzugsweise aus
einer Keramik besteht, weist eine axial tief ins Innere der
Mittenöffnung 4' verlagerte Anlagefläche 5' für den Bund 7"
auf, so dass sich bis zur Ansenkung 6 des Öffnungsrandes eine
nur geringe, axiale Klemmlänge ℓ ergibt, die deutlich gerin
ger ist als die axiale Höhe des Ventiltellers 3' oder auch
deutlich geringer ist als die Länge L der Manschette 11. Nach
dem strammen Aufstecken des Ventiltellers 3' auf den Ventil
schaft 2" (Fig. 3d) wird nach dem Vorbild der Fig. 1h und
1i und der zugehörigen Beschreibung die Anstauchung 8 Fließ
rollverfahren - vorzugsweise im Warmzustand - in die Ansen
kung 6 eingeformt und eine formschlüssige Verbindung zwischen
Schaft und Ventilteller hergestellt.
Wichtig bei dem Fügevorgang von Teller und Schaft ist, dass
im Falle der Ausbildung des Ventiltellers aus einer Keramik,
die einen deutlich geringeren Temperaturausdehnungskoeffi
zienten als Stahl hat, die Formschlussverbindung bei Raumtem
peratur des fertigen Ventils unter möglichst hoher axialer
Vorspannung steht. Nur aufgrund der hohen axialen Vorspannung
der Fügestelle und aufgrund der besonderen Ausgestaltung des
elastisch verlagerbaren Bundes 7" mit Vorspannkraft-Reserve
kann sichergestellt werden, dass auch bei Betriebstemperatur
des Ventiles der Keramikteller 3' noch mit einer gewissen
Rest-Vorspannung am Ventilschaft festgeklemmt bleibt. Je grö
ßer das Verhältnis von Manschettenlänge L zu Klemmlänge ℓ
ist, um so größer ist die Vorspannkraft-Reserve der Verbin
dung. Es kann daher durchaus zweckmäßig sein, die Manschette
11 über nahezu die gesamte Länge des Ventilschaftes zu er
strecken, wie dies in Fig. 3c strich-punktiert angedeutet
ist.
Um eine möglichst hohe axiale Vorspannung der Formschlussver
bindung gewährleisten zu können, sollte die Manschette 11 und
der Ventilteller während des Fließrollens der Anstauchung 8
möglichst kalt und der innerhalb der Manschette steckende
Teil des Ventilschaftrohres möglichst warm sein. Auch dies
ist ein Grund, das Anformen der nietkopfähnlichen Anstauchung
8 irr Warmzustand vorzunehmen. Ein Temperaturausgleich zwi
schen den genannten Teilen sollte erst stattfinden können,
nachdem die Anstauchung 8 erkaltet ist und sich nicht mehr
plastisch verformen kann. Durch den verzögerten Ausgleich ei
ner solchen erzwungenen Temperaturdifferenz baut sich eine
axiale Vorspannung auf. Mit Rücksicht auf die Hohen Betriebs
temperaturen insbesondere von Auslassventilen sollte die mit
zunehmender Betriebstemperatur nachlassende Vorspannung bei
Raumtemperatur so hoch wie möglich gewählt bzw. angestrebt
werden. Optimaler Weise sollte die Füge-Vorspannung bei Raum
temueratur nahe bei der Elastizitätsgrenze des Stahlwerkstof
fes liegen.
Schließlich sei auch noch auf das vierte Ausführungsbeispiel
eines Ventils 1" mit dem hohlen Ventilschaft 2''' und dem Ven
tilteller 3" gemäß der Bilderfolge der Fig. 4a bis 4e ein
gegangen, welches sich an das Ausführungsbeispiel nach den
Fig. 2a bis 2e anlehnt. Der wesentliche Unterschied bei
dieser vierten Verfahrensvariante besteht vor allem in der
Art der Anformung des Bundes 7''' am Ventilschaft 2''' und in
der Art der Herstellung des Verschlusses 14' am tellerseiti
gen Ende des Schaftrohlings. Bei diesem Verfahren wird nicht
das Fließrollen, sondern das Rundkneten als einem ebenfalls
an sich bekannten, rotationssymmetrisch wirksamen Umformver
fahren eingesetzt. Ausgehend von einem deutlich länger als
der spätere Ventilschaft 2''' bemessenen, rohrförmigen Schaft
rohling 13" wird zunächst am tellerseitigen Ende eine rotati
onssymmetrische Wandverdickung 16 oder 16' angestaucht, womit
zwei mögliche Verfahrensalternativen angesprochen sind. Die
in vollen Linien gezeichnete, innen und außen zylindrische
Wandverdickung 16 wird durch ein Stauchkneten mittels oszil
lierender, auf das Rohrende einwirkender Formhämmer erzeugt,
wobei der Lichtraum des Rohres durch einen Stützdorn ausge
füllt ist. Bei diesem Stauchkneten wird insbesondere in Axi
alrichtung hämmernd auf das Rohr eingewirkt und dadurch Werk
stoff axial zusammengedrängt, wodurch die Rohrwandung sich
radial nach außen aufdickt, nachdem sie innenseitig abge
stützt ist. Durch radiales Hämmern in diesem sich aufdicken
den Wandungsbereich wird dafür gesorgt, dass die Außenkontur
eine zylindrische Form beibehält. Dieses Stauchkneten kann im
Warmzustand, bei ausreichender Duktilität des Werkstoffes,
die meist gegeben ist, aber auch im Kaltzustand durchgeführt
werden.
Der strichpunktiert angedeuteten, im Querschnitt keulenförmi
gen Wandverdickung 16' liegt ein anderes, nämlich wesentlich
einfacheres Verfahren zugrunde, und zwar ein freies Warmstau
chen. Allerdings sind es lediglich die maschinenbaulichen
Voraussetzungen, die dieses Verfahren einfacher als das
Stauchkneten gestalten. Was die Prozessführung und deren Si
cherheit anbelangt, ist das freie Warmstauchen zumindest bei
großen Serien nur schwierig zu beherrschen. Die Kunst hierbei
ist nämlich, ein optimales Wärmeprofil in Längsrichtung des
Rohrendes bei verändertem zeitlichen Verlauf, nämlich ent
sprechend dem Fortschreiten der Anstauchung, im Rohrende zu
erzeugen. Wird dieses Ziel verfehlt, so kann es u. U. immer
wieder vorkommen, dass das erwärmte Rohrende unter der
Stauchkraft unkontrolliert ausbeult, bevor die erwünschte
Wandaufdickung erreicht ist. Aus diesem Grunde hat sich das
freie Warmstauchen von Rohren hauptsächlich als Verfahren für
kleine Losgrößen in der Praxis etabliert, bei denen bei ge
ringeren Automationsgraden und mit mehr manuellem Einsatz so
wie persönlicher Beobachtung und Erfahrung gearbeitet wird.
Durch das mit größerer Prozessicherheit beherrschbare Stauch
kneten wird also gemäß dem in Fig. 4b angedeuteten Umform
schritt die innen und außen zylindrische Wandaufdickung 16
erzeugt, deren Außendurchmesser etwa dem Durchmesser des Bun
des 7''' entspricht. In einer anschließenden Umformstufe -
siehe Fig. 4c - wird durch Rundkneten, d. h. durch radiales
Hämmern der in der Wandaufdickung axial angesammelte Werk
stoff so weit radial nach innen verdrängt, bis der Lichtraum
im Bereich des Rohrendes völlig beseitigt ist und der Rohr
werkstoff dort zu einem massiven Steckzapfen 17''' kompaktiert
ist, dessen Durchmesser etwa dem Außendurchmesser des Ventil
schaftes 2''' in dessen rohrförmigen Bereich entspricht. Die
Innenoberfläche der Rohrwandung wird im Zentrum des Zapfens
17 zu einem fadenförmigen Spalt mit der Querschnittsfläche
Null reduziert. Falls dieser Umformschritt im Warmzustand
durchgeführt wird, kommt es bei dieser Kompaktierung zu einem
gasdicht verschweißten Verschluß 14'. Wird das Rundkneten
dieses Umformschrittes hingegen im kalten Zustand durchge
führt so kann zwar nicht in jedem Fall und/oder dauerhaft
ein gasdichter Verschluss gewährleistet werden, jedoch ist
dies zumindest dann nicht erforderlich, wenn der hohle Ven
tilschaft 2''' nicht mit einem Kühlmedium gefüllt wird. Wich
tig ist allerdings, dass der hohle Ventilschaft zumindest an
einem seiner beiden Enden gasdicht verschlossen ist. Gegebe
nenfalls könnte der Verschluss 14' durch eine stirnseitig an
gebrachte, punktförmige Schmelzschweißung zuverlässig und
dauerhaft gegen Gasaustausch abgedichtet werden.
In Fig. 4d ist angedeutet, wie das tellerferne Ende 10 des
Ventilschaftes 2''' verschlossen und geformt wird. In soweit
ist die Darstellung und Vorgehensweise ganz analog zu Fig.
2e und dem, was im Zusammenhang damit weiter oben bereits
ausgeführt wurde. An dieser Stelle sei lediglich der Voll
ständigkeit halber erwähnt, dass das Fassonieren des teller
fernen Ventilschaftendes ohne weiteres erst nach dem Fügen
von Ventilschaft 2''' und Ventilteller 3" erfolgen könnte.
Schließlich ist in Fig. 4e das Fügen von Ventilschaft und
Ventilteller angedeutet. Der kalte Ventilteller 3" wird mit
seiner zentrischen Aufnahmeöffnung 4" auf den im Durchmesser
mit Pressitz-Qualität abgestimmten Steckzapfen 17''' des Ven
tilschaftes 2''' aufgesteckt, bis er mit seiner ringförmigen
Anlagefläche 5 axial am Bund 7''' satt anliegt, wobei der
Steckzapfen an der Brennraumseite des Ventiltellers zunächst
um ein bestimmtes Maß übersteht. Der Steckzapfen 17''' ist da
bei auf Umformtemperatur erwärmt. Anschließend wird möglichst
rasch, d. h. noch bevor es zu einem nennenswerten Temperatur
ausgleich zwischen den Fügepartnern kommt, der brennraumsei
tig überstehende Teil des Steckzapfens 17''' zu der Anstau
chung 8' umgeformt, die die brennraumseitige Ansenkung 6 des
Ventiltellers vollständig und unter Vorspannung ausfüllt.
Nach dem Abkühlen des Steckzapfens 17''' schrumpft dieser axi
al auf den Ventilteller auf, so dass in der Fügestelle eine
sehr hohe axiale Vorspannung aufgebaut wird.
Claims (17)
1. Verfahren zur Herstellung eines gebauten Hohlschaftven
tils für Hubkolbenmaschinen, wobei das Ventil mit einem
Ventilteller mit durchgehender Mittenöffnung zur Aufnah
me des tellerseitigen Endes des Ventilschaftes versehen
ist, welcher aus einem Rohrstück gebildete Ventilschaft
seinerseits am Außenumfang einen die Einstecktiefe des
Ventilschaftes in die Mittenöffnung begrenzenden achs
senkrechten Bund oder eine ringförmige Anlagefläche auf
weist und an seinem tellerseitigen Ende an der brenn
raumseitigen Begrenzungskontur der Mittenöffnung - diese
formschlüssig übergreifend und/oder ausfüllend - aufge
weitet und verschlossen ist und der auch am tellerfernen
Ende geschlossen ist, bei welchem Herstellungsverfahren
zunächst der tiefenbegrenzende achssenkrechte Bund am
Außenumfang des rohrförmigen Ventilschaft-Rohlings er
zeugt und im Herstellungsverlauf auch das tellerferne
Ende des Ventilschaftes verschlossen wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
der rohrförmige Schaftrohling (13, 13', 13") im Einzel
zustand, d. h. vor dem Fügen des Ventiltellers (3, 3',
3") auf den Ventilschaft (2, 2', 2", 2'''), zunächst zu
mindest am tellerseitigen Ende in einem rotationssymme
trisch wirksamen Massivumformverfahren, nämlich durch
Rundkneten, Fließrollen oder Stauchen im Kalt- oder
Warmzustand, in der Weise und so weit umgeformt wird,
dass das tellerseitige Ende des Ventilschaftes unter
Bildung eines Steckzapfens (17, 17', 17", 17''') ver
schlossen (Verschluss 14, 14') und nach dem Aufstecken
des Ventiltellers (3, 3', 3") auf den Ventilschaft (2,
2', 2", 2''') bis an den Bund (7, 7', 7", 7''') das brenn
raumseitig überstehende Ende des verschlossenen Ventil
schaftes (2, 2', 2", 2''') in die brennraumseitige Begren
zungskontur (6) der Mittenöffnung (4, 4', 4") form
schlüssig angestaucht (Anstauchung 8, 8') wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass das
Erzeugen des tiefenbegrenzenden achssenkrechten Bundes
(7''') am Außenumfang des Ventilschaft-Rohlings (13") zwei
stufig erfolgt, nämlich zunächst durch Aufdicken der Wan
dung des rohrförmigen Rohlings im Wege des axialen An
stauchens von Wandungswerkstoff auf einer Länge, die etwa
der Länge des erforderlichen Steckzapfens (17''') zuzüglich
der Länge des zu erzeugenden Bundes (7''') entspricht, und
anschließend durch radiales Kompaktieren des Schaftroh
lings im Bereich des aufgedickten Wandungsbereiches auf
Innendurchmesser Null, wobei außenseitig der Bund (7''')
mit angeformt wird
3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass das
Aufdicken der Wandung des rohrförmigen Schaftrohlings
(13") im Wege des axialen Anstauchens durch Rundkneten
erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass das
Erzeugen des tiefenbegrenzenden achssenkrechten Bundes
(7) am Außenumfang des Ventilschaft-Rohlings (13) durch
Umformung der Rohrwandung im Fließrollverfahren erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass das
Fließrollen des achssenkrechten Bundes (7) und das gas
dichte Verschließen (14) des tellerseitigen Endes des
Ventilschaftes (2) im Fließrollen durch Innenbördeln in
einem einheitlichen, im Warmzustand durchgeführten Fließ
rollvorgang erfolgen.
6. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass das
Erzeugen des tiefenbegrenzenden achssenkrechten Bundes
(7') am Außenumfang des Ventilschaft-Rohlings (13') durch
spanabhebende Bearbeitung der Rohrwandung erfolgt, wobei
der Außendurchmesser des Ventilschaft-Rohlings (13') vor
dem Abspanen etwa dem Außendurchmesser des zu erzeugenden
Bundes (7') entspricht.
7. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass das
Erzeugen des tiefenbegrenzenden achssenkrechten Bundes
(7") am Außenumfang des Ventilschaft-Rohlings (13) durch
außenseitiges Aufstecken einer passgenauen Rohrmanschette
(11) auf das Rohr (13) und Festschweißen derselben an ihm
in einer vorbestimmten Axialposition vorzugsweise entlang
einer Umfangsschweißnaht (12), erfolgt.
8. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass der
rohrförmige Schaftrohling (13, 13') am tellerseitigen En
de im Fließrollverfahren nach innen gebördelt und dabei
verschlossen (Verschluss 14) wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass der
Ventilschaft (2, 2', 2", 2''') gasdicht verschlossen wird
(Verschluss 14, 14').
10. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass das
gasdichte Verschließen (Verschluss 14, 14') des Ventil
schaftes (2, 2', 2", 2''') im Umformprozess aus einer ent
sprechenden Erwärmung heraus erfolgt.
11. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass das
gasdichte Verschließen (Verschluss 14, 14') durch eine
punktuelle Schmelzschweißung an der Stirnseite des Ven
tilschaftes (2, 2', 2", 2''') erfolgt.
12. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass das
Verschließen (15) auch des tellerfernen Endes (10) des
Ventilschaft-Rohlings (13, 13') durch Massivumformung der
Rohrwandung im Fließrollverfahren erfolgt.
13. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass das
Verschließen (Verschluss 15) auch des tellerfernen Endes
(10) des Ventilschaft-Rohlings (13") zweistufig erfolgt,
nämlich zunächst durch Aufdicken der Wandung des rohrför
migen Rohlings im Wege des axialen Anstauchens von Wan
dungswerkstoff und anschließend durch radiales Kompaktie
ren des Schaftrohlings im Bereich des aufgedickten Wan
dungsbereiches auf Innendurchmesser Null.
14. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass als
Werkstoff für den Ventilteller (3, 3') ein Leichtbauwerk
stoff verwendet wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet, dass als
Werkstoff für den Ventilteller (3, 3') eine Keramik, ins
besondere Siliziumcarbid (SiC) verwendet wird.
16. Verfahren nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet, dass als
Werkstoff für den Ventilteller (3, 3') eine Titan/Alumi
nium-Legierung verwendet wird.
17. Verfahren nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet, dass als
Werkstoff für den Ventilteller (3, 3') eine intermetalli
sche Phase, insbesondere Titanaluminid, verwendet wird.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE10223675A DE10223675C1 (de) | 2001-12-03 | 2002-05-28 | Verfahren zur Herstellung eines gebauten Ventiles mit Hohlschaft für Hubkolbenmaschinen |
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Date | Code | Title | Description |
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8100 | Publication of the examined application without publication of unexamined application | ||
8304 | Grant after examination procedure | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
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8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
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8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |