DE1295944B - Verbundkoerper, insbesondere Ventilstoesselrohling - Google Patents

Verbundkoerper, insbesondere Ventilstoesselrohling

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    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16KVALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K27/00Construction of housing; Use of materials therefor
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K11/00Resistance welding; Severing by resistance heating
    • B23K11/16Resistance welding; Severing by resistance heating taking account of the properties of the material to be welded
    • B23K11/20Resistance welding; Severing by resistance heating taking account of the properties of the material to be welded of different metals
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01LCYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/12Transmitting gear between valve drive and valve
    • F01L1/14Tappets; Push rods
    • F01L1/146Push-rods

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Verbundkörper, bestehend aus einem Abschnitt aus Stahl und einem damit metallisch verbundenen Abschnitt aus Gußeisen, insbesondere einen Rohling für einen Ventilstößel.
  • Außer ihrer Verwendbarkeit als Ventilstößelrohlinge lassen sich die erfindungsgemäßen Verbundkörper auch als Kolben bei Mehrkolbenpumpen und Motoren für hydrostatische Kraftübertragungen, für Ventilelemente mit entlastetem Verschluß für die verschiedensten hydraulischen Systeme und für ähnliche Zwecke verwenden, so insbesondere bei Kolbenüberdruckventilen, da die Verwendung des harten Gußeisens am Ende des Ventils hydraulische Erosionsprobleme ausschaltet. Gußeisen ist wegen seiner günstigen Verschleißeigenschaften besonders gut als Material für den mit der Nockenwelle in direktem Arbeitskontakt stehenden Stößelteil geeignet, während andererseits der Stößel-Grundkörper aus Stahl bestehen sollte. Bisher wiesen solche Verbundkörper als Rohlinge einen Metallüberschuß an der Außenseite des Gußeisenabschnitts auf, der dann maschinell wieder entfernt werden mußte. Die Hauptschwierigkeiten bei der Schaffung solcher Verbundkörper bestand darin, daß Gußeisen und Stahl einen unterschiedlichen Schmelzpunkt haben, so daß beim Versuch, die beiden Einzelteile aus Gußeisen und Stahl aneinanderzuschmelzen, das Gußeisen aus der Verbindungszone herausläuft und dadurch die erforderliche Haftung zwischen den beiden zu verbindenden Einzelteilen verhindert wird.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Verbundkörper der eingangs näher definierten Art zu schaffen, der so aufgebaut ist, daß in wirtschaftlicher Art und Weise eine Massenherstellung dieses Verbundkörpers möglich ist, daß eine Nachbearbeitung nur noch in den feineren Toleranzbereichen an der Verbindungsstelle notwendig ist, daß dennoch die mechanischen Eigenschaften sowie die Dichtheit dieses Verbundkörpers ausgezeichnet sind und daß die Grenzlinie zwischen beiden Einzelteilen an maschinell bearbeiteten Kanten des Verbundkörpers mit bloßem Auge nicht mehr erkennbar ist.
  • Diese Aufgabe läßt sich durch einen Verbundkörper der eingangs definierten Art erfindungsgemäß dadurch lösen, daß der Stahlabschnitt ein rohrförmiges Ende hat, welches nach innen und außen gestaucht ist, und daß der Gußeisenabschnitt an dieses Ende angeschmolzen ist.
  • Erfindungsgemäß ist es dabei bevorzugt, daß der Gußeisenabschnitt einen Vorsprung mit einem Außendurchmesser, der kleiner ist als der Innendurchmesser des rohrförmigen Endes des Stahlabschnitts und in dieses Ende hineinragt, sowie einen dem rohrförmigen Ende überlagerten Kopfteil aufweist und daß das rohrförmige Ende nach innen in Schmelzkontakt mit dem Vorsprung des Gußeisenabschnitts gestaucht ist, wobei sich eine besonders feste und innige Verbindung der Abschnitte erzielen läßt, wenn nicht nur die zylindrischen Flächen des rohrförmigen Stahlabschnitts und des Vorsprungs, sondern auch die Stirnflächen des Stahlabschnitts und des Kopfteils miteinander verschmolzen sind.
  • Da der erfindungsgemäße Verbundkörper ein nach innen und außen aufgestauchtes rohrförmiges Ende aus Stahl aufweist, an welches der Gußeisenabschnitt angeschmolzen ist, läßt sich der Verbundkörper in vorteilhafter Weise sehr wirtschaftlich und zugleich doch in einer bisher nicht gekannten Qualität herstellen. Das Aufstauchen des Stahlrohrendes kann nämlich gleichzeitig mit dem Anschmelzen des Gußeisenabschnitts erfolgen, so daß das aufgestauchte Ende des Stahlrohrs nicht nur als großflächige Verbindung für den Gußeisenabschnitt, sondern in einem entsprechenden Herstellungswerkzeug zugleich als Sperre für flüssiges Gußeisen dient.
  • Der erfindungsgemäße Verbundkörper besitzt eine hohe mechanische Festigkeit der Bindung zwischen dem Stahl- und dem Gußeisenabschnitt mit unterschiedlichen Schmelzpunkten, die wegen Fehlens von die beiden Metalle trennendem Fremdmaterial homogene Struktur besitzt. Infolge des Hinüberwanderns von Kohlenstoff aus dem Gußeisen in den Stahl hinein entsteht eine ziemlich breite Verbindungszone, in welcher der Kohlenstoffgehalt von einem hohen Wert im Gußeisen zu einem niedrigen Wert im Stahl abnimmt. Die Bindung zwischen den beiden Metallen ist dabei so innig, daß nach maschineller Glättung der Verbindungskante keine Trennlinie - es sei denn unter dem Mikroskop - erkennbar ist und der fertig bearbeitete Verbundkörper wie aus einem einzigen Metallkörper hergestellt aussieht. Selbstverständlich läßt sich jedoch ein Verbundkörper mit den Merkmalen der Erfindung durch Aufschneiden von einem normalen Gußeisen-Stahl-Verbundkörper und Betrachtung der Bindung im Innern des Körpers unterscheiden.
  • Zur näheren Erläuterung des erfindungsgemäßen Verbundkörpers und zur Darstellung weiterer Vorteile ist im folgenden an Hand der Figuren ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. Es zeigt F i g. 1 eine Ansicht eines fertigen Ventilstößels, F i g. 2 eine Schnittansicht eines Werkzeugs zusammen mit dem Gußeisen- und dem Stahlabschnitt kurz vor dem Verschmelzen, F i g. 3 eine F i g. 2 entsprechende Ansicht mit herausgenommenem Zentrierstift, F i g. 4 eine F i g. 2 und 3 entsprechende Ansicht, die den fertigen Stößel nach Abschluß des Anschmelzvorgangs zeigt, und F i g. 5 eine Darstellung des fertigen Stößels.
  • Der in den Figuren dargestellte Verbundkörper ist ein Ventilstößelrohling. Er weist einen Abschnitt 1 aus Gußeisen und einen Abschnitt 2 aus Stahl auf. Der Stahlabschnitt 2 hat ein rohrförmiges Ende 4, welches gemäß F i g. 2 bis 4 nach innen und außen gestaucht ist und an welches der Gußeisenabschnitt 2 angeschmolzen ist. Der Gußeisenabschnitt 1 weist seinerseits einen Kopfteil 8 sowie einen Vorsprung 5 von kleinerem Außendurchmesser als der Innendurchmesser des rohrförmigen Endes 4 des Stahlabschnitts 2 vor dem Aufstauchen auf, so daß ein diametrales Spiel zwischen dem Abschnitt 5 und dem ihn umgebenden rohrförmigen Ende 4 vor dem Anschmelzen besteht. Das rohrförmige Ende 4 des Stahlabschnitts 2 gemäß F i g. 2 und 3 weist eine Stirnfläche 9 auf, die mit einer entsprechenden Stirnfläche 10 des Kopfteils 8 in Berührung steht. Im Bereich 3 sind der Stahlabschnitt 2 und der Gußeisenabschnitt 1 gemäß F i g. 4 miteinander verschmolzen. Der radial äußere Bereich der Oberflächenkante 7 ragt gemäß F i g. 4 und 5 radial über das rohrförmige Ende 4 hinaus. An der Oberflächenkante 6 steht der Gußeisenabschnitt 1 in festem mechanischem Paßsitz mit dem Stahlabschnitt 2. Die Herstellung des Verbundkörpers kann in folgender Weise geschehen: Der Stahlabschnitt 2 wird in ein Formwerkzeug eingebracht, wobei sein rohrförmiges Ende 4 einen dem Ausmaß, in welchem die Aufstauchung nach außen erfolgen soll, entsprechenden Abstand von der Innenwand des Formwerkzeugs hat. Sodann wird der Gußeisenabschnitt 1 mit seinem Vorsprung 5 in das rohrförmige Ende 4 des Stahlabschnitts 2 eingeführt, bis es in Stirnflächenkontakt auf diesem aufliegt. Da zwischen dem Gußeisenabschnitt 1 und dem Stahlabschnitt 2 ein beträchtliches diametrales Spiel besteht, werden die beiden Abschnitte vorzugsweise zueinander zentriert, wie es in F i g. 2 durch den von unten durch den rohrförmigen Stahlabschnitt 2 einführbaren Zentrierstift angedeutet ist.
  • Sodann wird der Gußeisenabschnitt 1 mit hoher Kraft in das rohrförmige Ende 4 des Stahlabschnitts 2 gedrückt und zugleich ein elektrischer Strom über die Berührungsstellen der beiden Abschnitte 1 und 2 fließen gelassen. Der Druck bewirkt zusammen mit dem angelegten elektrischen Strom ein Anweichen, jedoch nicht Schmelzen und ein gleichzeitig radial ein- und auswärts gerichtetes An- und Aufstauchen des rohrförmigen Endes 4 des Stahlabschnitts 2, wodurch der Stahl sowohl in mechanischen Kontakt mit der Seitenwand des hereinragenden Vorsprungs 5 als auch gleichzeitig nach außen hin an das isolierte Formwerkzeug angestaucht wird.
  • Gleichzeitig wird das Gußeisen am Ort der Berührungsflächen beider Abschnitte über seinen Schmelzpunkt hinaus erhitzt. Das geschmolzene Gußeisen sucht zwar zunächst von der Berührungsfläche wegzufließen, wird aber durch den vom inneren aufgestauchten rohrförmigen Ende 4 geschaffenen mechanischen Abschluß an einem Abfluß nach innen gehindert und kann daher nur nach außen zum Formwerkzeug hin fließen, wo es aber durch die äußere Aufstauchung des rohrförmigen Endes 4 des Stahlabschnitts 2 am Herunterfließen gehindert wird und somit nur aufwärts fließen kann. Dieser Fluß wird aber sofort bei Beginn durch die Abschreckwirkung des Formwerkzeugs unterbrochen.
  • Die Beschaffenheit der so erzielten Verbindung kann auf Grund zahlreicher Faktoren variiert werden. Beispielsweise schmilzt bei auf 204 bis 260° C vorerhitztem Gußeisenabschnitt das Eisen während des Anstauchens schon so bald, daß es nach außen zum Formwerkzeug hin fließt und dort erstarrt. Wenn 5 andererseits der Gußeisenabschnitt 1 raumwarm oder nur wenig vorerhitzt verarbeitet wird, kann sich das Anstauchen des Stahls vor dem Schmelzen des Eisens so lange fortsetzen, daß etwas Stahl nach oben über die Gußeisengrenze hinaus und in den Spalt zwischen io Gußeisenabschnitt und Formwerkzeug hineingepreßt wird, ehe das geschmolzene Gußeisen diesen Punkt erreichen kann. In jedem Fall wird dabei in der Verbindungsebene beider Abschnitte ein Verschmelzen des Gußeisens mit dem rotheißen, aber ungeschmolze-15 nen Stahl erzielt. Diese Verschmelzung wird durch eine mechanische Bindung infolge Anstauchens längs des unteren, hineinragenden Vorsprungs 5 des Gußeisenabschnitts 1 ergänzt.

Claims (3)

  1. Patentansprüche: 1. Verbundkörper, bestehend aus einem Abschnitt aus Stahl und einem damit metallisch verbundenen Abschnitt aus Gußeisen, insbesondere Rohling für einen Ventilstößel, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß der Stahlabschnitt (2) ein rohrförmiges Ende (4) hat, welches nach innen und außen gestaucht ist, und daß der Gußeisenabschn.itt (1) an dieses Ende angeschmolzen ist.
  2. 2. Verbundkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gußeisenabschnitt (1) einen Vorsprung (5) mit einem Außendurchmesser, der kleiner ist als der Innendurchmesser des rohrförmigen Endes (4) des Stahlabschnitts (2) und in dieses Ende hineinragt, sowie einen dem rohrförmigen Ende überlagerten Kopfteil (8) aufweist und daß das rohrförmige Ende (4) nach innen in Schmelzkontakt mit dem Vorsprung des Gußeisenabschnitts gestaucht ist.
  3. 3. Verbundkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß nicht nur die zylindrischen Flächen des rohrförmigen Stahlabschnitts (2) und des Vorsprungs (5), sondern auch die Stirnflächen (9 bzw. 10) des Stahlabschnitts und des Kopfteils (8) miteinander verschmolzen sind.
DET20332A 1957-12-30 1958-12-29 Verbundkoerper, insbesondere Ventilstoesselrohling Pending DE1295944B (de)

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