DE19902420A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Überlastprüfung von Ventilen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Überlastprüfung von Ventilen

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Abstract

Verfahren zur serienmäßigen Überlastprüfung (Prooftest) von Ventilen (1) aus (Siliciumnitrid-)Keramik für deren sicheren Einsatz im Hubkolben-Motor, bei welchem der Ventilsitz einer Belastungsprüfung durch Zugbelastung des Tellerrandes unterworfen wird. Die Zugbelastung des Tellerrandes erfolgt durch punktuelles Abstützen der Unterseite des Tellerrandes und punktuelle Kraftbelastung (F¶proof,¶ ¶Sitz¶) der Oberseite des Tellerrandes in Richtung der Ventilachse. DOLLAR A Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens enthält DOLLAR A a) einen Ventilhalter (2) für den Ventilschaft, DOLLAR A b) mindestens ein Abstützelement (4', 4''), welches in Kontakt zur Unterseite des Tellerrandes des Ventils steht, DOLLAR A c) mindestens ein Belastungselement (6', 6''), welches in Kontakt zur Oberseite des Tellerrandes des Ventils steht, DOLLAR A wobei DOLLAR A d) das Abstützelement und/oder das Belastungselement in Richtung der Ventilachse eine Belastungskraft (F¶proof,¶ ¶Sitz¶) auf den Tellerrand ausüben können. DOLLAR A Zusätzlich enthält die Vorrichtung vorzugsweise eine Einrichtung zur Prüfung der Umlauf-Biegebelastung der Ventile (1) mit mindestens einem Seitenbelastungselement (9', 9''), welches in Kontakt zum Seitenrand des Tellerrandes eines Ventils steht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überlastprüfung von Ventilen, vorzugsweise keramischen Ventilen für Hubkolben-Motoren, wobei der Ventilsitz und der Ventilschaft einer Belastungsprüfung unterworfen werden.
Nach dem erfolgreichen Einsatz von Ventilen aus Siliciumnitrid-Keramik in Test­ fahrzeugen und im seriennahen Großversuch mit Hunderten von Fahrzeugen stellt sich die Forderung nach einem für die Serienproduktion geeigneten Prüfverfahren zur Aussortierung fehlerbehafteter Ventile.
Ein mögliches Prüfverfahren ist dabei die sog. Überlastprüfung ("Prooftest") von keramischen Bauteilen (D. Munz, T. Fett, "Mechanisches Verhalten keramischer Werkstoffe", Werkstoff-Forschung und Technik, Heft 8, 1989, Springer-Verlag Berlin, Heidelberg, New York; A. G. Evans, S. M. Widerhorn, "Prooftesting of Ceramic Materials . . .", Int. Journ. of Fracture 10, 1974, 379-392). Bei diesen Verfahren werden die zu prüfenden Bauteile mit einer charakteristischen Spannung belastet, welche größer ist als die in der Praxis maximal auftretende Belastung. Versagende Bauteile, die z. B. im Test brechen, können so aussortiert werden. Die übrigen Bauteile sind je nach der Höhe der Überlast für den Einsatz in der Praxis ausreichend im Zeitraum der gewünschten Lebensdauer stabil.
Es wurden bereits Ventil-Prooftest-Verfahren vorgeschlagen und eingesetzt, bei denen der Ventilschaft einer Umlauf-Biegebelastung unterworfen wird. Die im Labormaßstab bestehenden Verfahren zur Überlastprüfung keramischer Ventile sind damit aber keineswegs in der Lage, das Beanspruchungsprofil der Ventil-Einsatzbe­ lastung anzunähern. So werden zwar die minderbelasteten Ventilschäfte durch Um­ lauf-Biegung überlastgeprüft, der mechanisch und thermisch höher belastete Bereich des Ventilsitzes wird aber - wenn überhaupt - nur durch einen undifferenzierten Thermoschock proofgetestet. Dazu wird das um seine Achse rotierende Ventil mittels Gasbrenner im Tellerbereich aufgeheizt und undefiniert in einem Wasserbad ther­ misch abgeschreckt.
Derartige Ventil-Prooftests erfassen somit zwar den Ventilschaft, vernachlässigen aber den Ventilsitz, in dem weitaus größere Einsatzbelastungen infolge des Stoß­ kontakts, des Thermoschocks in jedem Ventilbewegungszyklus und bei Schubab­ schaltung auftreten.
Die vorliegende Erfindung hat sich demgegenüber die Aufgabe gestellt, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und Überlast-Prüfverfahren sowie zu deren Durchführung geeignete Vorrichtungen vorzuschlagen, bei welchen der Test eine hohe Korrelation zu dem Einsatzbelastungen des Ventils in der Praxis aufweist. Fer­ ner soll damit eine serienmäßige Überlastprüfung möglich sein.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Überlastprüfung von vorzugsweise keramischen Ventilen (insbesondere aus Siliciumnitrid) gelöst, bei welchem eine Belastungsprüfung des Ventilsitzes durch Zugbelastung des Tellerrandes erfolgt. Die Zugbelastung des ringförmigen Tellerrandes besteht dabei darin, daß an verschiede­ nen Punkten des Tellerrandes antiparallele Kräfte angreifen, welche vorzugsweise parallel zur Achse des Ventilschaftes verlaufen.
Im Gegensatz zum Stand der Technik wird also keine undifferenzierte Thermo­ schock-Prüfung vorgenommen, deren Ablauf großen Schwankungen unterworfen ist und deren Aussagekraft damit fraglich erscheint. Statt dessen wird eine Zugbelastung auf den Tellerrand ausgeübt, was sich unter präzise definierten Bedingungen durch­ führen läßt. Dieser Test vermeidet außerdem eine thermische Belastung des kera­ mischen Bauteils, welche bekanntermaßen das zu prüfende Bauteil verändert und seine Stabilität in der Regel herabsetzt (A.G. Evans, S.M. Wiederhorn, "Prooftesting of Ceramic Materials - An Analytical Basis for Failure Prediction", Int. Journ. of Fracture 10, 1974, 379-392)).
Vorzugsweise erfolgt die Zugbelastung des Tellerrandes durch punktuelles Abstützen seiner Unterseite und punktuelle Kraftbelastung seiner Oberseite in Richtung der Ventilachse. Derartige Belastungen entsprechen den in der Praxis vorkommenden Bedingungen und lassen sich andererseits maschinell gut simulieren.
Die für den beschriebenen Test notwendige Abstützung der Unterseite des Tellerran­ des erfolgt vorzugsweise an zwei auf dem Ventilteller diametral gegenüberliegenden Stützpunkten. Alternativ oder zusätzlich kann die punktuelle Kraftbelastung der Oberseite des Tellerrandes an zwei auf dem Ventilteller diametral gegenüberliegen­ den Belastungspunkten erfolgen. Das sich damit einstellende Profil der Zugspannung (zwei Wechsel der Kraftrichtung entlang des Tellerrandes) liefert eine sehr praxis­ nahe Belastung.
Dies gilt insbesondere dann, wenn die Stützpunkte und die Belastungspunkte um 90° versetzt zueinander liegen, sich also entlang des Tellerrandes eine alternierende Folge von Stützpunkten und Belastungspunkten ergibt.
Zur Vervollständigung des Belastungstests sollte das Ventil während der Belastungs­ prüfung des Ventilsitzes um die Ventilachse gedreht werden, so daß jeder Punkt auf dem Tellerrand einmal die abgeprüfte Zugbelastung erfährt. Wenn wie oben beschrieben je zwei Stützpunkte und Belastungspunkte angesetzt werden, reicht hier­ für bereits eine Drehung des Ventils um (mindestens) 90°. Das Prüfverfahren wird dadurch schneller und damit für den Serieneinsatz geeigneter.
Vorzugsweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zusätzlich der Ventil­ schaft einer Umlauf-Biegebelastung unterworfen, da es sich hierbei um eine zweite wichtige Belastungsart aus der Praxis handelt.
Dies kann so geschehen, daß auf den Tellerrand eine Biegekraft senkrecht zur Ventil­ achse ausgeübt wird, als ob der Ventilschaft verbogen werden sollte. Damit können Spannungen im Bereich der Schulter des Schaftes erzeugt werden.
Vorteilhafterweise wird das Ventil während der Umlauf-Biegebelastung um minde­ stens 180°, vorzugsweise um 360°, um die Ventilachse gedreht, damit alle Punkte des Schaftes einmal der abgeprüften Biegebelastung unterworfen werden.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können die Ventile aussortiert werden, wel­ che Fehler enthalten, die unter Testbedingungen zum Bruch führen. Um aber auch solche Versagensfälle automatisiert erkennen zu können, die sich nicht durch einen offensichtlichen Bruch manifestieren, kann die Bildung von Rissen während der Überlastprüfung überwacht werden. Dies geschieht vorzugsweise durch Erfassung akustischer Emissionen, welche von einer Rißbildung ausgehen.
Zur Erfindung gehört weiterhin eine Vorrichtung zur Überlastprüfung von Ventilen, vorzugsweise keramischen Ventilen. Diese Vorrichtung enthält
  • a) einen Ventilhalter, in den der Ventilschaft eingesetzt werden kann,
  • b) mindestens ein Abstützelement, welches in Kontakt zur Unterseite des Teller­ randes eines eingesetzten Ventils steht,
  • c) mindestens ein Belastungselement, welches in Kontakt zur Oberseite des Tellerrandes eines eingesetzten Ventils steht,
wobei
  • a) das Abstützelement und/oder das Belastungselement in Richtung der Ven­ tilachse eines eingesetzten Ventils eine Belastungskraft auf den Tellerrand aus­ üben können.
Die "Ventilachse eines eingesetzten Ventils" bezieht sich dabei immer auf ein Ventil, welches die Position zur Ventilsitzprüfung eingenommen hat.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es serienmäßig möglich, keramische Ventile praxisnah und mit möglichst geringer Veränderung des Ventils durch den Test zu prüfen. Die am Ventil angreifenden Prooftest-Kräfte sind bei der Vorrichtung so angeordnet, daß ihr mechanisches Spannungsfeld weitgehend dem des einsatzbe­ lasteten Ventils entspricht.
Vorzugsweise enthält die Vorrichtung zwei Abstützelemente, welche sich in bezug auf die oben definierte Ventilachse spiegelbildlich gegenüberliegen. Die Abstützele­ mente selbst können gleichartig aufgebaut sein. Die Kontaktpunkte der Abstützele­ mente mit dem zu prüfenden Ventil liegen sich bezüglich des Tellerrandes diametral gegenüber. Damit werden unausgewogene Belastungen für die Prüfapparatur mini­ miert, da an den Abstützelementen keine Verkantungen, sondern nur Kräfte in Rich­ tung der Ventilachse auftreten.
Die Abstützelemente haben vorzugsweise eine konische Kontaktfläche mit einem eingesetzten Ventil, wobei die Konusachse senkrecht zur Ventilachse steht. Durch diese Kegelform wird eine Selbstjustierung des eingesetzten Ventils erzielt.
Die Abstützelemente sollten ferner drehbar um eine Abstützelement-Achse sein, wel­ che senkrecht zur Ventilachse steht. Dann kann durch Rotation der Abstützelemente das auf ihnen aufliegende Ventil gedreht werden und somit eine umlaufende Be­ lastungsprüfung desselben stattfinden.
Vorzugsweise enthält die Vorrichtung ferner zwei Belastungselemente, welche sich in bezug auf die oben definierte Ventilachse spiegelbildlich gegenüberliegen. Die Belastungselemente selbst können gleichartig aufgebaut sein. Die Kontaktpunkte der Belastungselemente mit dem zu prüfenden Ventil liegen sich bezüglich des Teller­ randes diametral gegenüber. Damit werden unausgewogene Belastungen für die Prüf­ apparatur minimiert, da an den Belastungselementen keine Verkantungen, sondern nur Kräfte in Richtung der Ventilachse auftreten.
Die Belastungselemente haben vorzugsweise eine zylinderförmige Kontaktfläche mit einem eingesetzten Ventil, wobei die Zylinderachse senkrecht zur Ventilachse steht. Durch die Zylinderform wird die Rotationsinvarianz bei Drehung der Belastungsele­ mente gewährleistet.
Die Drehachsen der Belastungselemente und Abstützelemente sind in der Regel identische mit den Zylinderachsen bzw. Konusachsen der Körper. Vorzugsweise stehen diese Drehachsen senkrecht zueinander (und zur Ventilachse).
Die Belastungselemente sollten ferner drehbar um eine Belastungselement-Achse sein, welche senkrecht zur Ventilachse steht. Dann kann durch Rotation der Bela­ stungselemente das unter ihnen liegende Ventil gedreht werden und somit eine umlaufende Belastungsprüfung desselben stattfinden.
Vorzugsweise sind die Belastungselemente und/oder die Abstützelemente in Rich­ tung der Ventilachse verschiebbar. Dann kann die Anordnung aus Belastungsele­ menten und Abstützelementen "geöffnet" werden, um das Einsetzen eines Ventils zu ermöglichen. Andererseits liegt die während der Prüfung auszuübende Kraft gerade in Richtung der Ventilachse, d. h. die Einrichtungen zur Bewegung der Belastungs- oder Abstützelemente können gleichzeitig für die Krafterzeugung eingesetzt werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung enthält weiterhin vorzugsweise eine Einrichtung zur Prüfung der Umlauf-Biegebelastung der Ventile. Damit kann die zweite wichtige Belastungsgröße für Ventile erfaßt werden.
Die genannte Einrichtung sollte mindestens ein Seitenbelastungselement enthalten, welches in Kontakt zum Seitenrand des Tellerrandes eines eingesetzten Ventils steht (d. h. eines Ventils, das sich in der Position zur Durchführung des Tests der Umlauf Biegebelastung befindet). Durch dieses Seitenbelastungselement kann in definierter Weise eine Kraft auf den Ventilteller ausgeübt werden, welche zu einer Verbiegung des Schaftes führt. Damit können geeignete Spannungen im Bereich der Schulter des Schaftes erzeugt werden.
Vorzugsweise sind zwei Seitenbelastungselemente vorhanden, welche an zwei Punkten Kontakt zum Seitenrand des Tellerrandes eines eingesetzten Ventils haben. Diese Punkte dürfen sich dabei auf dem Teller nicht diametral gegenüberliegen, denn dann würden sich die von den Seitenbelastungselementen ausgeübten Kräfte gerade aufheben. Vorzugsweise bilden die genannten Kontaktpunkte mit der Ventilachse einen Winkel von 20° bis 80°, besonders bevorzugt ca. 45°. Die Anordnung von zwei Seitenbelastungselementen hat den Vorteil, daß das Ventil auf den von ihnen gebil­ deten Stützpunkten stabil aufliegt.
Vorzugsweise ist die Kontaktfläche der Seitenbelastungselemente mit einem einge­ setzten Ventil zylinderförmig, wobei die Zylinderachse parallel zur Ventilachse steht. Die Zylinderform erlaubt es, das Ventil während der Umlauf-Biegebelastung um mindestens 180°, vorzugsweise um 360°, um die Ventilachse zu drehen, damit alle Punkte des Schaftes einmal der abgeprüften Biegebelastung unterworfen werden.
Zur Gewährleistung dieser Drehbarkeit sind die Seitenbelastungselemente drehbar um eine Belastungselement-Drehachse ausgebildet, welche parallel zur Ventilachse steht.
Der Ventilhalter der erfindungsgemäßen Vorrichtung nimmt den Ventilschaft vor­ zugsweise so auf, daß letzterer zwar fest gehalten wird, aber drehbar um seine Achse bleibt. Dadurch wird sichergestellt, daß die oben beschriebenen Verfahren zur Rundum-Prüfung des Ventils mittels Drehung desselben möglich sind.
Weiterhin sollte der Ventilhalter schwenkbar um eine Schwenkachse sein, vorzugs­ weise derart, daß ein eingesetztes Ventil durch Schwenken in eine II. Position zur Ventilsitzprüfung und gegebenenfalls in eine III. Position zur Ventilschaftprüfung der Umlauf-Biegebelastung gebracht werden kann.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann Sensoren zur Erfassung von überlast­ bedingten Effekten enthalten. Damit können auch solche Versagensfälle automati­ siert erkannt werden, die sich nicht durch einen offensichtlichen Bruch manifestieren.
Zu diesem Zweck enthält die Vorrichtung vorzugsweise akustische Sensoren, welche vorzugsweise in den Abstützelementen, den Belastungselementen und/oder den Sei­ tenbelastungselementen angeordnet sind. Diese Sensoren erlauben es, die akustischen Emissionen, welche von einer Rißbildung ausgehen, während der Überlastprüfung zu überwachen.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren beispielhaft erläutert.
Fig. 1 zeigt die Vorrichtung von der Seite, Position I (Wechseln des Ventils).
Fig. 2 zeigt die Vorrichtung von oben, Position II (Überlastungsprüfung des Ventilsitzes).
Fig. 3 zeigt die Vorrichtung von der Seite, Position III (Umlauf-Biegebelastung des Ventilschaftes).
Fig. 4 zeigt die Vorrichtung perspektivisch, Position III (Umlauf-Biegebelastung des Ventilschaftes).
Der mechanische Ventil-Prooftest im Ventiltellerbereich und im Schaftbereich erfolgt nach folgendem Prinzip:
Schritt 1
Das mit einer bestimmten Überlast (Prooftest) zu prüfende Ventil 1 wird gemäß Fig. 1 in Position I in den Ventilhalter bzw. -aufnehmer 2 leicht drehbar einge­ bracht. Die leicht gängige Drehbarkeit wird durch entsprechende Kugellager erreicht.
Schritt 2
Zum Prooftest des Ventiltellerbereiches wird das Ventil 1 aus der Position I durch Schwenken des Ventilhalters 2 um 90° um die Achse 3 gedreht (s. Pfeil in Fig. 1), bis er die Position II erreicht. In dieser Position II befindet sich der Ventilteller­ bereich zwischen zwei Belastungsrädern 6' und 6" und zwei Abstützrädern 4' und 4", deren Achsen 7 bzw. 5 senkrecht zueinander angeordnet sind (vgl. Fig. 1 und 2).
Durch eine Bewegung der Tellerrand-Belastungsrollen 6', 6" parallel zur Ventilachse berühren diese den Rand der Ventil-Tellerplanfläche und schieben das Ventil 1 solange in Achsrichtung weiter, bis es im Bereich des kegelförmig geneigten Ventil­ sitzes den kegelförmig ausgebildeten Bereich der Stützräder 4' und 4" kontaktiert.
Durch eine Proofkraft Fproof,Sitz der Belastungsräder 6' und 6" wird nun der Tellerrand sowohl im Bereich der Tellerplanfläche als auch im Bereich des Ventil­ sitzes so einer Biegebelastung ausgesetzt, daß Zugspannungen in Tellerumfangsrich­ tungen auftreten, die bei Schubabschaltung auch im einsatzbelasteten Ventil ent­ stehen.
Durch eine gegensinnige Rotation der Belastungsräder wird nun unter der Proof­ last Fproof,Sitz das Ventil um seine Rotationsachse 11 um 90° gedreht und dabei im gesamten Tellerrandbereich gleichmäßig einer Zugbelastung auf dem äußeren Rand der Tellerplanfläche und im Ventilsitz unterworfen. Die einzustellende Proof­ kraft Fproof,sitz ergibt sich aus Finite-Element-Spannungsanalysen, in denen die Spannungen bestimmt werden, die sich einerseits aus dem mechanischen Stoß zwischen Ventil und Ventilsitz ergeben und die durch die Thermoschockbelastung hervorgerufen werden, wenn das auf 900°C erhitzte Ventil durch Schubabschaltung plötzlich durch kalte Gase abgekühlt wird.
Schritt 3
Für die Überlastprüfung des Ventilschaftes wird nach einer Rückbewegung der Belastungsrollen 6' und 6" das Ventil im Ventilhalter 2 um 180° in die Position III geschwenkt (s. Pfeil in Fig. 3). In dieser Position III berührt das Ventil mit der Teller-Zylinderfläche (Seitenrand des Tellers) die Stützrollen (Seitenbelastungs­ elemente) 9' und 9" und wird durch die Kraft Fproof,Schaft derart biegebelastet, daß im Schaft/Halsradius-Übergangsbereich axiale Zugspannungen im Ventil auftreten, wie sie auch im Einsatz durch Zylinderkopfverzug entstehen können. Durch eine gleichsinnige Rotation der Stützrollen 9', 9" wird das auf Biegung belastete Ventil im gesamten Umfangsbereich des Schaft/Halsradius-Bereiches proofgetestet (Schaftum­ laufbiegung). Zum Abschluß des Prooftestzyklus werden Ventil und Ventilaufnahme in die Position I zurückgedreht (siehe Fig. 1).
Schritt 4
Hat das proofgetestete Ventil die beiden einsatzrelevanten Umlauf-Biegebelastungen im Tellerrandbereich und im Übergangsbereich Halsradius/Schaft ohne Bruch und ohne Rißwachstum überstanden, so ist das Ventil für den Einsatz geeignet. Für den Nachweis einer eventuell Prooftest-verursachten Rißerweiterung dienen akustische Sensoren, die sowohl im Ventilhalter 2 als auch in den Ventil-Belastungsrädern 6', 6" und 9', 9" angeordnet sind (nicht dargestellt).
In Fig. 4 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Überlast-Prüfung von kera­ mischen Ventilen im Bereich des Ventiltellers und des Ventilschaftes perspektivisch dargestellt. Die Vorrichtung enthält eine Einrichtung 2 zur drehbaren Aufnahme des Ventils, eine Einrichtung zur Überlast-Prüfung des Randbereiches der Tellerplan­ fläche und des Ventilsitzes sowie eine Einrichtung zur Überlastprüfung des Ventil­ schaftes im Übergangsbereich Schaft/Halsradius. Außerdem hat sie eine Einrichtung zum Nachweis von Schallemissionen, die durch das Rißwachstum auszuscheidender Ventile beim Prooftest erzeugt werden.
Die Achsen 7 der Belastungsrollen 6', 6" sind senkrecht zu den Achsen 5 der Abstützräder 4', 4" angeordnet. Die Stützrollen 4', 4" sind konusförmig ausgebildet und stützen die Ventile in axialer Richtung durch Berührung in der Ventilsitzfläche ab. Die Zylinderfläche der Belastungsrollen 6', 6" belasten den Randbereich der Tellerplanfläche.
Durch eine gegensinnige Rotation der Belastungsrollen 6', 6" wird das rotierbar im Ventilhalter 2 eingebaute Ventil um mindestens den Winkel 90° gedreht und dabei im gesamten Umfangsbereich der Tellerplanfläche und des Ventilsitzes proofgetestet.
Der Ventilhalter 2 mit dem drehbar eingesetzten Ventil ist um einen Winkel zwi­ schen 0° und 180° schwenkbar, und das Ventil wird durch eine äußere Kraft Fproof,Schaft am Ventilhalter zwischen zwei Seitenbelastungsräder 9', 9" derart eingedrückt, daß im Schaft-Halsradius-Übergangsbereich Zugspannungen in ventil­ axialer Richtung an der Ventiloberfläche entstehen.
Durch eine Rotation der Seitenbelastungsräder 9', 9" wird das biegebelastete Ventil um bis zu 180° um seine Achse gedreht, so daß der gesamte Übergangsbereich Schaft/Halsradius einer Umlauf Biegezugbeanspruchung unterworfen wird. 1 Ventil
I Position zum Wechseln des Ventils
2 Ventilhalter
3 Drehachse des Ventilhalters
6', 6" Belastungselemente
7', 7" Drehachsen der Belastungselemente
Kontaktfläche
4', 4" Abstützelemente
5', 5" Drehachsen der Abstützelemente
11 Ventilachse
Bewegungsrichtung
9', 9" Seitenbelastungselement
10', 10" Drehachsen der Seitenbelastungselemente
Kontaktfläche
Kontaktfläche
Zylinderachse
II Position zur Überlastungsprüfung des Ventilsitzes
III Position zur Überlastungsprüfung des Ventilschafts
Umlauf-Biegebelastung
Fproof,Schaft Proofkraft senkrecht zur Ventilachse
Pproof,Sitz Proofkraft in Richtung Ventilachse

Claims (27)

1. Verfahren zur Überlastprüfung von Ventilen (I), bei welchem der Ventilsitz einer Belastungsprüfung unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Belastungsprüfung des Ventilsitzes durch Zugbelastung des Tellerrandes erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugbelastung des Tellerrandes durch punktuelles Abstützen der Unterseite des Tellerrandes und punktuelle Kraftbelastung (Fproof,Sitz) der Oberseite des Tellerrandes in Richtung der Ventilachse erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützung der Unterseite des Tellerrandes an zwei gegenüberliegenden Stützpunkten und/oder die punktuelle Kraftbelastung der Oberseite des Tellerrandes an zwei gegenüberliegenden Belastungspunkten erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützpunkte und die Belastungspunkte um 90° versetzt zueinander liegen.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (I) während der Belastungsprüfung des Ventilsitzes um minde­ stens 90° um die Ventilachse gedreht wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschaft einer Umlauf-Biegebelastung unterworfen wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Tellerrand eine Biegekraft (Fproof,Schaft) senkrecht zur Ventilachse ausgeübt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil während der Umlauf-Biegebelastung um mindestens 180° um die Ventilachse gedreht wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildung von Rissen während der Überlastprüfung überwacht wird, vor­ zugsweise durch Erfassung akustischer Emissionen.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß Ventile vorzugsweise aus Siliciumnitrid geprüft werden.
11. Vorrichtung zur Überlastprüfung von Ventilen (I), dadurch gekennzeichnet, daß sie enthält
  • a) einen Ventilhalter (2) zur drehbaren Aufnahme des Ventils im Ventilschaft,
  • b) mindestens ein Abstützelement (4', 4"), welches im Kontakt mit dem Ventilsitz in Position (II) zur Ventilsitzprüfung befindlichen Ventils steht,
  • c) mindestens ein Belastungselement (6', 6"), welches im Kontakt zur Oberseite des Tellerrandes im Bereich der Tellerplanfläche eines in Position (II) zur Ventilsitzprüfung befindlichen Ventils steht,
wobei
  • d) die Belastungs-/Abstützelemente in Richtung der Ventilachse (11) eines in Position (II) zur Ventilsitzprüfung befindlichen Ventils eine Belastungskraft (Fproof,Sitz) auf den Tellerrand ausüben können.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwei Ab­ stützelemente (4', 4") enthält, welche sich in bezug auf die Ventilachse (11) eines in Position (II) zur Ventilsitzprüfung befindlichen Ventils (I) spiegel­ bildlich gegenüberliegen.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakt­ fläche der Abstützelemente (4', 4") mit einem in Position (II) zur Ventilsitz­ prüfung befindlichen Ventil (1) konusförmig ist, wobei die Konusachsen (5', 5") senkrecht zur Ventilachse (11) stehen.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützelemente (4', 4") drehbar um Abstützelement-Achsen (5', 5") sind, welche senkrecht zur Ventilachse (11) stehen.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwei Belastungselemente (6', 6") enthält, welche sich in bezug auf die Ventilachse (11) eines in Position (II) zur Ventilsitzprüfung befindlichen Ventils (1) spiegelbildlich gegenüberliegen.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakt­ fläche der Belastungselemente (6', 6") mit einem in Position (II) zur Ventil­ sitzprüfung befindlichen Ventil (1) zylinderförmig ist, wobei die Zylinder­ achsen (7, 7") senkrecht zur Ventilachse (11) stehen.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Belastungselemente (6', 6") drehbar um Belastungselement-Dreh­ achsen (7', 7") sind, welche senkrecht zur Ventilachse (11) stehen.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Belastungselemente (6', 6") und/oder die Abstützelemente (4', 4") in Richtung der Ventilachse (11) eines in Position (II) zur Ventilsitzprüfung befindlichen Ventils (1) verschiebbar sind.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Einrichtung zur Prüfung der Umlauf-Biegebelastung der Ven­ tile (1) enthält.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens ein Seitenbelastungselement (9', 9") enthält, welches in Kontakt zum Seiten­ rand des Tellerrandes eines in Position (III) zur Umlauf-Biegebelastung be­ findlichen Ventils steht.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwei Seiten­ belastungselemente (9', 9") enthält, welche an zwei Punkten Kontakt zum Seitenrand des Tellerrandes eines in Position (III) zur Umlauf-Biegebe­ lastung befindlichen Ventils haben, wobei die Punkte sich auf dem Teller nicht diametral gegenüberliegen.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktflächen der Seitenbelastungselemente (9', 9") mit einem in Position (III) zur Umlauf-Biegebelastung befindlichen Ventil (1) zylinderför­ mig ist, wobei die Zylinderachsen (10', 10") parallel zur Ventilachse (11) stehen.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenbelastungselemente (9', 9") drehbar um eine Belastungs­ element-Drehachse (10', 10") sind, welche parallel zur Ventilachse (11) stehen.
24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß Ventilhalter (2) den Ventilschaft drehbar um die Achse des Ventilschafts aufnimmt.
25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilhalter (2) schwenkbar um eine Schwenkachse (3) ist, vorzugs­ weise derart, daß ein eingesetztes Ventil durch Schwenken in die Position (II) zur Ventilsitzprüfung und gegebenenfalls in die Position (III) zur Schaft- Umlauf-Biegebelastung gebracht werden kann.
26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß sie Sensoren zur Erfassung von Überlastungseffekten enthält.
27. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß sie akustische Sensoren enthält, welche vorzugsweise in den Abstützelementen (4', 4"), den Belastungselementen (6', 6") und/oder den Seitenbelastungselementen (9', 9") angeordnet sind.
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