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Die Erfindung besteht in der Anwendung eines Verfahrens zum Verbinden
zweier konzentrisch zueinander angeordneter Umdrehungskörper miteinander, von denen
einer eine Kegelfläche besitzt, durch elektrisches Widerstandsschweißen, wobei die
beiden Körper an der Kegelfläche miteinander in linienförmige Berührung und mit
ihren Elektroden in Flächenberührung gebracht werden und wobei ferner die Körper
während des Schweißens entlang der Kegelfläche unter Verformen aufeinandergepreßt
werden, auf das Panzern von Ventilkegeln für Verbrennungsmotoren.
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Beim Herstellen von Massenteilen aus Stahl wird vielfach das sogenannte
»Buckelschweißen« angewendet. Hierbei handelt es sich um ein Schweißverfahren, bei
welchem nach dem Prinzip der elektrischen Widerstandsschweißung die Teile in den
mit Vorsprüngen bzw. Buckeln versehenen Stellen, welche sich beim Zusammendrücken
der Teile durch eine hohe Stromkonzentration auszeichnen, miteinander verbunden
werden. In diesem Zusammenhang ist es auch bekannt, zwei konzentrisch zueinander
angeordnete Umdrehungskörper, von denen einer eine Kegelfläche besitzt, in der Weise
miteinander zu verbinden, daß die beiden Körper an der Kegelfläche miteinander in
linienförmige Berührung und mit ihren Elektroden in Flächenberührung gebracht und
während des Stromflusses entlang der Kegelfläche unter Verformen aufeinandergepreßt
werden.
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Bei diesem Verfahren werden die beiden Teile dadurch miteinander verbunden,
daß an den Stellen mit punktförmiger bzw. linienförmiger Berührung jeweils ein hoher
Übergangswiderstand und damit eine sehr hohe Erwärmung auftritt, wogegen an den
Stellen der Flächenberührung der zu verbindenden Teile mit den Elektroden ein wesentlich
kleinerer Widerstand und daher auch eine nur geringe Erwärmung vorhanden ist; durch
das Ineinanderdrücken der auf diese Weise erwärmten Teile kommt eine für viele Anwendungszwecke
ausreichend haltbare Verbindung zustande, wobei der besondere Vorteil dieses Verfahrens
in seiner wirtschaftlichen Anwendung liegt.
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Dieses Verfahren im Prinzip, nämlich in der eingangs erwähnten Art,
auf das Panzern von Ventilkegeln für Verbrennungsmotoren, also auf eine Technik
anzuwenden, die den bisher bekannten Anwendungsbereichen völlig fern liegt, ist
das besondere Verdienst der Erfindung. Mit dieser ist erkannt worden, daß es unter
bestimmten Bedingungen durchaus möglich ist, das oben beschriebene bekannte Verfahren
an die speziellen Anforderungen beim Panzern von Ventilkegeln anzupassen; die Verbindung
zwischen Ventilkegel und Panzerwerkstoff muß so sein, daß sie extremen mechanischen
Schwingungsbeanspruchungen bei gleichzeitiger starker Erwärmung der verbundenen
Teile sowie dem Angriff durch chemische Korrosion im Inneren des Motors standhält.
Eine weitere Schwierigkeit bei der erfindungsgemäßen Anwendung des oben beschriebenen,
an sich bekannten Verfahrens besteht darin, daß die zu verbindenden Werkstoffe,
nämlich der des Ventilkegels und der des Panzerringes, sehr unterschiedliche mechanische
Eigenschaften besitzen, welche auch unterschiedliche Schweißeigenschaften zur Folge
haben. Schließlich ist für die Verbindung zwischen Ventilkegel und Panzerring noch
von besonderer Bedeutung, daß hier unter allen Umständen Einschlüsse von Verunreinigungen
oder Oxydhäuten im Schweißbereich vermieden werden müssen.
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Diese Schwierigkeiten beim Herstellen einer brauchbaren Verbindung
zwischen Ventilkegel und Panzerring auf Grund der außergewöhnlich hohen, an eine
solche Verbindung zu stellenden Anforderungen machen den Unterschied zwischen den
bisher bekannten Anwendungsarten und der erfindungsgemäßen Anwendung des eingangs
erwähnten Verfahrens deutlich, aber auch, warum es erst der Erfindung vorbehalten
war, eine Lösung vorzuschlagen, welche die Nachteile der bekannten Verfahren zum
Panzern von Ventilkegeln vermeidet und diese darüber hinaus in mehrfacher Hinsicht
verbessert.
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Beim bislang üblichen elektrischen Stumpfschweißen von Ventilkegel
und Panzerring werden die zu verschweißenden Teile um ein bestimmtes Maß, nämlich
den sogenannten Abbrand, aufeinander zu bewegt. Hierbei quillt einiger Werkstoff
seitlich aus der Schweißnaht heraus und bildet einen Grat. Dieses Verfahren kann
jedoch den Einschluß von Schlackenteilen oder Oxydhäuten im Bereich der Schweißung
nicht verhindern. Deshalb stellt sich bei Anwendung dieses Verfahrens ein außergewöhnlich
hoher Ausschußanteil ein. Alle Bemühungen, durch Ändern der Schweißbedingungen,
beispielsweise der Stromstärke oder der Spannung, eine Verbesserung dieses Verfahrens
zu erzielen, blieben bisher erfolglos.
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Es wurde daher in mannigfaltigen Variationen vorgeschlagen, den Panzerwerkstoff
auf dem entsprechend vorbereiteten Ventilkegel autogen oder elektrisch aufzuschmelzen.
Diese Aufschmelzverfahren haben den Nachteil, daß der Abfall, d. h. also der Verbrauch
an teuerem Panzerwerkstoff, besonders hoch ist. Außerdem entsteht in dem aufgeschmolzenen
Panzerwerkstoffring eine starke Schrumpfspannung gegenüber dem Ventilkegel. Rißbildungen
im Panzerwerkstoff nach der Abkühlung und dadurch bedingter vorzeitiger Ausfall
des Ventils während des Betriebes können die Folgen sein.
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Demgegenüber werden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren die miteinander
zu verschweißenden Teile mit starkem Aufmaß in radialer Richtung vorgefertigt und
während des Schweißvorganges in plastischem Zustand einem Aufschiebevorgang in axialer
Richtung der kreisförmigen Schweißnaht unterworfen. Beim Zusammenschieben der zu
verbindenden Teile werden diese also nicht nur wie beim üblichen Stumpfschweißverfahren
zusammengedrückt, sondern es erfolgt eine Art Abscherbewegung, bei der überschüssiger
Werkstoff der beiden zu verbindenden Teile zusammen mit allen Verunreinigungen und
Oxydhäuten in etwa axialer Richtung aus dem Verschweißungsbereich herausgedrückt
wird. Die die Verbindung bildenden Bereiche beider Teile haben keine Gelegenheit,
Oxydhäute zu bilden oder sonstige Verunreinigungen zwischen sich aufzunehmen. Außerdem
werden die Teile bei der erfindungsgemäßen Anwendung des eingangs erwähnten Verfahrens
nur so weit erwärmt, wie es zur Durchführung der Verschweißung und der Abscherbewegung
erforderlich ist, so daß keine störenden Schrumpfspannungen oder Gefügeänderungen
auftreten. Damit wird durch die erfindungsgemäße
Anwendung einer
speziellen Abwandlung des elektrischen Widerstandsschweißens auf das Aufbringen
von Panzerwerkstoffringen auf Ventilkegel auf überraschend einfache Weise ein sehr
großer technischer Fortschritt erzielt, um den sich die Fachwelt seit langer Zeit
und unter größten Anstrengungen bemüht.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der Verbrauch
an Panzerwerkstoff dadurch, daß die äußere Form des Panzerwerkstoffringes in engen
Toleranzen vorgegeben ist, genau dosiert werden kann, so daß nur ein geringer Werkstoffverlust
durch den unvermeidlichen Abbrand während des Schweißens auftritt.
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Weitere Vorteile der Erfindung sind, daß beim erfindungsgemäß angewendeten
Verfahren die Erwärmung des Ventilkegels gleichmäßig am gesamten Umfang erfolgt,
so daß ein Verziehen des Ventilkegels praktisch vermieden wird; ferner ist es erfindungsgemäß
möglich, das Panzern eines Ventils innerhalb weniger Sekunden durchzuführen, so
daß sich auch ein zeitlicher Vorteil gegenüber den bekannten Verfahren ergibt.
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Da erfindungsgemäß ein genaues zentrisches Anbringen des Panzerwerkstoffringes
auf dem Ventilkegel ohne weiteres möglich ist, kann der Ring relativ schwach ausgeführt
sein, ohne daß dabei die Gefahr besteht, daß sich bei der nachfolgenden spanabhebenden
Bearbeitung Lücken in der Panzerung bilden; auch hierin liegt ein Vorteil des erfindungsgemäßen
Verfahrens.
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In der Zeichnung ist das erfindungsgemäße Verfahren an Hand von Ausführungsbeispielen
erläutert. Hierbei zeigt F i g. 1 ein Ventil vor dem Auftragen der Panzerung, F
i g. 2 ein solches Ventil in vergrößertem Maßstab zusammen mit dem ringförmigen
Körper aus Panzerwerkstoff und den zugehörigen Elektroden vor dem Schweißvorgang,
F i g. 3 das Ventil nach F i g. 2 nach dem Schweißvorgang, F i g. 4 das fertige
Ventil nach der spanabhebenden Bearbeitung des aufgetragenen Panzerwerkstoffes,
F i g. 5 das Ventil, den Panzerwerkstoffring und die Elektroden während des Schweißvorganges,
F i g. 6 ein anderes Ausführungsbeispiel, bei dem der Formkörper aus Panzerwerkstoff
dreieckigen Querschnitt aufweist; F i g. 7 und 8 zeigen zwei weitere Ausführungsbeispiele
mit Formkörpern von rechteckigem Querschnitt.
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Im einzelnen stellt F i g. 1 ein Ventil 1 dar, dessen Ventilteller
2 an seinem äußeren Umfang konisch ausgebildet ist.
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F i g. 2 zeigt das Ventil 1 in größerem Maßstab. Am konisch ausgebildeten
Ventilteller 2 liegt ein aus Panzerwerkstoff bestehender Ring 3 linienförmig an,
und zwar derart, daß er den Konus des Ventiltellers im Bereich seines kleineren
Durchmessers berührt. Außen ist der Ring 3 von einer Elektrode 4 aufgenommen und
berührt diese flächenhaft. Eine Elektrode 5 liegt am Boden des Ventiltellers 2 an.
Während des Schweißvorganges verläuft der Stromfluß also zwischen den Elektroden
4 und 5 über den Ventilteller 2 und den Ring 3, wobei der geringste Leitungsquerschnitt
im Bereich der linienförmigen Berührung zwischen dem Ring 3 und dem Ventilteller
2 gegeben ist, so daß sich auch hier die zum Schweißvorgang erforderliche Erwärmung
zuerst einstellt.
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F i g. 3 zeigt das Ventil 1 nach beendetem Schweißvorgang. Der Ring
3 ist mit dem Ventilteller 2 fest an seinem ganzen Umfang verschweißt und besitzt
außen die genaue Kontur der Elektrode 4 (F i g. 2).
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F i g. 4 zeigt das Ventil 1 nach der spanabhebenden Fertigbearbeitung
des aus Panzerwerkstoff bestehenden Ringes 3.
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F i g. 5 zeigt den Ventilteller 2 mit dem Ring 3 aus Panzerwerkstoff
während des Schweißvorganges. Der Ring sowie die Außenkontur des Ventiltellers 2
sind schon teilweise verformt, auch hat sich der Ring 3 noch weiter an die Form
der Elektrode 4 angepaßt. Die gestrichelten Linien 6 deuten den weiteren Verlauf
des Schweißvorganges an.
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In F i g. 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem
der aus Panzerwerkstoff bestehende Ring 7 dreieckigen Querschnitt aufweist. Diese
Form des Ringes sowie die Form der zugehörigen Elektrode 4 ergibt eine besonders
schwache, aber trotzdem völlig ausreichende Auflage am Panzerwerkstoff und erzielt
somit größtmögliche Ersparnis an hochwertigem Panzerwerkstoff.
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F i g. 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel mit rechteckigem Querschnitt
des Ringes 8 und F i g. 8 ein Beispiel mit quadratischem Querschnitt des Ringes
9 aus Panzerwerkstoff.
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Die letztgenannten drei Figuren sollen die Vielzahl von Möglichkeiten
andeuten, die im Rahmen der Erfindung liegen.