DE2056653A1 - Process for manufacturing sodium cooled poppet valves - Google Patents
Process for manufacturing sodium cooled poppet valvesInfo
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Classifications
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
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- F01L3/12—Cooling of valves
- F01L3/14—Cooling of valves by means of a liquid or solid coolant, e.g. sodium, in a closed chamber in a valve
Description
16. November 1970 IVHSn „^murn PA 4 rüza 3&9419November 16, 1970 IVHS n "^ murn PA 4 rüza 3 & 9419
Telegramme Patenttdiulz EitllngennedcarTelegrams Patenttdiulz Eitllngennedcar
EATON YALE & TOWNE INC., 100 Erieview EATON YALE & TOWNE INC., 100 Erieview Plaza, ClevelandPlaza, Cleveland
Ohio Ohio 44114 44114 / USA/ UNITED STATES
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung natriumgekühlter Tellerventile, bei dem ein aus einem Ventilteller und einer Ventilspindel bestehender Ventilkörper mit einer durch die Ventilspindel verlaufenden und in der Nähe des Ventiltellers endenden axialen Bohrung aus Stahl hergestellt· und nach dem Einfüllen einer Natriumcharge In diese Bohrung am fußseitigen Ende der Ventilspindel verschlossen wirdj sowie ein entsprechendes Tellerventil.The invention relates to a method for producing sodium-cooled Disk valves, in which a valve body consisting of a valve disk and a valve spindle with a Axial bore made of steel running through the valve spindle and ending in the vicinity of the valve disk and after filling a sodium charge into this hole at the foot end of the valve spindle is closed j as well as a corresponding poppet valve.
Natriumgekühlte Tellerventile werden in Plugzeugmotoren und dgl. in größerem Umfang verwendet. Diese Ventile weisen eine koaxial zu der Spindel verlaufende Höhlung auf, die in der Nähe der Oberseite des Ventiltellers endet und teilweise mit metallischem Natrium angefüllt ist. Beim Betrieb des Motors wird das Ventil unter der Einwirkung der Motorverbrennungsgase erhitzt, wodurch das Natrium geschmolzen wird.Sodium-cooled poppet valves are used in plug-in engines and Like. Used on a larger scale. These valves have a cavity which is coaxial with the spindle and which is in the Ends near the top of the valve disk and is partially filled with metallic sodium. When operating the Engine becomes the valve under the action of engine combustion gases heated, which melts the sodium.
Zufolge der dynamischen hin- und hergehenden Bewegung des Ventiles beim öffnen und Schließen wird das geschmolzene Natrium gegen das tellerseitige Ende der Höhlung geschleudert, wo es von dem heißen Ventilteller Wärme aufnimmt. Das heiße Natrium wird sodann zum spindelseitigen Ende der Höhlung ge-As a result of the dynamic reciprocating movement of the valve during opening and closing, the molten sodium is thrown against the end of the cavity on the plate side, where it absorbs heat from the hot valve plate. The hot sodium is then sent to the end of the cavity on the spindle side.
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schleudert, wo diese Wärme über die Ventilführung auf das Kühlmittel des Motors übertragen wird.hurls where this heat is transferred to the engine coolant via the valve guide.
Bei der Herstellung natriumgekühlter Ventile ist es bekannt, einen massiven Ventilrohling zu schmieden, und dann die Höhlung einzubohren. Das Natrium wird nach entsprechender Reinigung der Höhlung eingeführt. Anschließend muß die Höhlung verschlossen werden. Entsprechend der US-Patentschrift 2 410 190 geschieht dies in der Weise, daß eine Kappe bzw. ein Stopfen in eine Bohrung in dem Ventilteller eingesetzt werden. Bei einem anderen Verfahren entsprechend der US-Patentschrift 2 440 461 wird die Höhlung an dem spindelseitigen Ende vorübergehend abgedeckt, worauf die Höhlung im Gesenk verschlossen und das Ventil fertig bearbeitet wird. Bei einem weiteren Verfahren nach der US-Patentschrift 2 610 279 geschieht das Verschließen der Höhlung durch Widerstandsverschweißung an dem spindelseitigen Ende, woran sich die Fertigbearbeitung des Ventils anschließt. Grundsätzlich kann gesagt werden, daß eine ganze Reihe von Verfahren bekannt sind, für die jedoch die angeführten Beispiele typisch sind.In the manufacture of sodium cooled valves, it is known to forge a solid valve blank and then the cavity to drill in. The sodium is introduced after the cavity has been appropriately cleaned. Then the cavity be locked. According to US Pat. No. 2,410,190, this is done in such a way that a cap or a plug can be inserted into a bore in the valve head. In another method according to the US patent 2 440 461, the cavity is temporarily covered at the spindle-side end, whereupon the cavity closed in the die and the valve is finished. In another method according to the US patent 2 610 279 the cavity is closed by resistance welding at the end on the spindle side the final machining of the valve follows. Basically it can be said that a whole series of procedures are known, for which the examples given are typical.
^ Ziel der Erfindung ist es deshalb, einen Weg zu weisen, der es gestattet, natriumgefüllte Ventile einfacher herzustellen und gleichzeitig bessere Arbeitsergebnisse des Herstellungsverfahrens, d. h. bessere Ventile, zu erzeugen.^ The aim of the invention is therefore to provide a way that it allows sodium-filled valves to be manufactured more easily and, at the same time, better results of the manufacturing process, d. H. better valves, to produce.
Zu diesem Zwecke wird erfindungsgemäß derart vorgegangen, daß an dem freien Ende der Ventilspindel und an einem getrennten zylindrischen, eine axiale Sackbohrung aufweisenden Fuß vom gleichen Durchmesser wie die Spindel an der der Mündung der Sackbohrung zugeordneten Stirnfläche jeweils eine rechtwinklig zur Längsachse der Spindel bzw. des Fußes verlaufende ebene Ringfläche erzeugt wird, hierauf die durch die Bohrung gebildete Höhlung der Ventilspindel und des Ventiltellers mit Natriumstäbchengefüllt wird, die kürzerFor this purpose, the procedure according to the invention is such that at the free end of the valve spindle and at a separate end cylindrical foot with an axial blind hole and the same diameter as the spindle at the mouth the end face associated with the blind bore each running at right angles to the longitudinal axis of the spindle or of the foot flat annular surface is generated, then the cavity formed by the bore of the valve spindle and the The valve disc is filled with sodium sticks, the shorter
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sind als die axiale Länge der Bohrung und diese Stäbchen gegen den Grund der Bohrung angedrückt werden, anschließend die Ventilspindel drehfest gehalten wird und der umlaufende Fuß mit seiner ebenen Ringfläche fluchtend gegen die ebene Ringfläche der Ventilspindel angedrückt und dadurch unter Bildung eines äußeren Grates die Spindel und der Fuß im Bereich ihrer Ringfläche durch Reibungswärme erhitzt und erweicht werden, und daß schließlich die Drehbewegung des in Fluchtrichtung zur Spindel liegenden Fußes zur Verschmelzung an den beiden Ringflächen plötzlich unterbrochen wird.are called the axial length of the bore and these rods be pressed against the bottom of the hole, then the valve spindle is held in a rotationally fixed manner and the rotating one Foot with its flat ring surface in alignment with the flat The ring surface of the valve spindle is pressed and thereby under Formation of an outer ridge, the spindle and the foot in the area of their ring surface are heated and softened by frictional heat and that finally the rotary movement of the foot lying in the direction of escape from the spindle leads to the fusion is suddenly interrupted at the two ring surfaces.
Entsprechend ist ein verbessertes natriumgekühltes Ventil erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß auf das freie Ende der Ventilspindel ein eine Sackbohrung aufweisender zylindrischer Fuß mit der Ventilspindel fluchtend durch Reibschweißen stumpf aufgeschweißt ist und die Ventilspindel und der Fuß im Bereiche der im Schliffbild einwandfrei ausgebildeten Schweißstelle unter Entfernung des äußeren Grates auf der Oberfläche glatt bearbeitet sind.Accordingly, an improved sodium-cooled valve according to the invention is characterized in that on the free At the end of the valve spindle, a cylindrical foot with a blind bore is flush with the valve spindle Friction welding is butt welded and the valve spindle and the foot are flawless in the area of the micrograph formed weld with removal of the outer Burrs on the surface are machined smooth.
Das neue Verfahren gestattet es, die Natriumcharge in der Höhlung der Ventilspindel vor dem Reibschweißen einzuschließen, so daß das vorübergehende Abdecken und anschließende Verschließen der Höhlung im Gesenk vermieden sind.The new process allows the sodium charge to be trapped in the cavity of the valve stem prior to friction welding, so that the temporary covering and subsequent closing of the cavity in the die are avoided.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß hergestellten Tellerventiles sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Es zeigen:In the drawing is an embodiment of one according to the invention manufactured poppet valve and a device for performing the method according to the invention. Show it:
Fig, l einen Ventilrohling mit seinen Einzelteilen im axialen Schnitt in einer Seitenansicht,Fig, l a valve blank with its individual parts in axial section in a side view,
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Fig. 2 den Ventilrohling nach Fig. 1 im Ausschnitt, in einem anderen Maßstab, unter Veranschaulichung des Zustandes vor dem Reibschweißen,Fig. 2 shows the valve blank according to FIG. 1 in detail, on a different scale, illustrating the Condition before friction welding,
Fig. 3 ein Tellerventil gemäß der Erfindung im axialen Schnitt, in einer Seitenansicht, im Ausschnitt, im !Sustand vor der Fertigbearbeitung,Fig. 3 shows a poppet valve according to the invention in the axial Section, in a side view, in the cutout, in the! State before finishing,
Fig. 4 ein Tellerventil gemäß der Erfindung in einerDarstellung entsprechend Fig. 3, mit erhöhter Gratbildung entsprechend einem höheren Energieeinsatz bei der Schweißung und4 shows a poppet valve according to the invention in a representation corresponding to FIG. 3, with increased burr formation corresponding to a higher energy input for welding and
Fig. 5 eine Reibschweißdrehbank zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, in schematischer Darstellung, in einer Seitenansicht.5 shows a friction welding lathe for carrying out the invention Method, in a schematic representation, in a side view.
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In Fig, 1 ist rait 20 der ganze Ventilkörper bezeichnet, der eine Ventilspindel 22 und einen Ventilteller 24 aufweist. über die Länge der Ventilspindel 22 ist eine Axialbohrung 26 vorgesehen, die in den Ventilteller 24 ragt und in einigem Abstand vor der Oberseite 28 des Ventiltellers endet. An das freie Ende 32 der Ventilspindel 22 ist ein Fuß 30 mittels des neuen . Reibung« Schweißverfahrens angeschweißt .In FIG. 1, the entire valve body is designated as 20, which has a valve spindle 22 and a valve disk 24. An axial bore 26 is provided over the length of the valve spindle 22, which protrudes into the valve disk 24 and ends at some distance in front of the upper side 28 of the valve disk. At the free end 32 of the valve spindle 22 is a foot 30 by means of the new. Friction « welding process welded on.
Das Spindelende 32 ist eben. In gleicher weise ist auch die Stirnseite 33 des Fußes 30 eben ausgebildet, um damit einen satten Sitz an dem Spindelende 32 zu gewährleisten. An den Stellen 32, 34 sind keinerlei Abschrägungen oder Anrfasungen vorgesehen, so daß vor dem Schweißen ein stumpfer Anschluß der beiden miteinander zu verbindenden Teile vorhanden ist.The spindle end 32 is flat. In the same way is also the end face 33 of the foot 30 is flat in order to ensure a snug fit on the spindle end 32. At the points 32, 34 no bevels or chamfers are provided, so that a blunt before welding Connection of the two parts to be connected is available.
Der Ventilteller 24 und die Ventilspindel 22 können aus jedem geeigneten Stahl geschmiedet sein; vorzugsweise aus einem hochwertigen Stahl, der über die erforderliche Hitzebeständigkeit und die entsprechende Widerstandsfähigkeit gegen die Umgebungseinflüsse, unter denen das Ventil arbeitet, verfügt, d. h. hohe Korrossionsbeständigkeit gegen heiße Verbrennungsgase, Brennstoffzustäze und dgl..The valve disk 24 and the valve spindle 22 can be made of any suitable steel be forged; preferably made of a high quality steel that has the required heat resistance and the corresponding resistance to the environmental influences under which the valve operates, disposes, d. H. high corrosion resistance against hot combustion gases, fuel additives and the like.
Eine typische Stahllegierung, die für ein solches Ventil Verwendung finden kann, ist im folgenden angegeben. Selbstverständlich können auch andere, dem Fachmann bekannte Legierungen Verwendung finden;A typical steel alloy used for such a valve Can be used is indicated below. Of course, others known to the person skilled in the art can also be used Alloys are used;
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Bestandteil GewichtsConstituent weight
Kohlenstoff 0,60-0,86Carbon 0.60-0.86
Mangan 0,20-0,60Manganese 0.20-0.60
Silizium 1,25 - 2,75Silicon 1.25 - 2.75
Phosphor 0,03 Max.Phosphorus 0.03 Max.
Schwefel 0,03 Max.Sulfur 0.03 Max.
Chrom 19 - 23Chrome 19-23
Nickel 1-2Nickel 1-2
Eisen RestIron rest
Der Fuß 30 besteht zweckmäßigerweise aus einem verschleißfesten Stahl, d. h. aus einem Stahl, der für den Verwendungszweck passende Verschleißeigenschaften und eine zweckmäßige Festigkeit aufweist. Auf den Fuß 30 nimmt bekanntlich ein Kipphebel Eingriff, der das Ventil gegen den Druck der Ventilfeder öffnet. Der Fuß ist deshalb eine besonders hohem Verschleiß ausgesetzte Stelle, so daß hierfür auch ein geeigneter Stahl verwendet werden muß.The foot 30 is expediently made of a wear-resistant steel, i. H. made of a steel that is suitable for the purpose has appropriate wear properties and appropriate strength. As is known, on the foot 30 takes a Rocker arm engagement that opens the valve against the pressure of the valve spring. The foot is therefore a particularly high wear exposed point, so that a suitable steel must be used for this.
Wie aus Fig. 1 zu ersehen, weist der Fuß 30 im wesentlichen den gleichen Außen-und Innendurchmesser im Bereiche der Stirnfläche 34 wie die Spindel 22 im Bereiche der- Stirnfläche 32 auf. In dem Fuß 30 ist eine Axialbohrung 36 ausgebildet, die den gleichen Durchmesser wie die Bohrung in der Spindel 22 aufweist. Die Bohrung 36 bildet deshalb eine Fortsetzung der Bohrung 26, so daß eine Höhlung begrenzt wird, in die die Natriumcharge eingebracht wird.As can be seen from Fig. 1, the foot 30 essentially the same outside and inside diameter in the area of the end face 34 as the spindle 22 in the area of the end face 32 on. In the foot 30 an axial bore 36 is formed which has the same diameter as the bore in the spindle 22. The bore 36 therefore forms a continuation of the bore 26, so that a cavity is limited, into which the sodium charge is introduced.
Die Vorrichtung zum Verschweißen der Spindel 22 und des Fußes 30 im Bereiche der StLmflachen 32, 34 ist als sog. Reib-Schweißdrehbank bekannt. Sie ist schematisch in Fig. veranschaulicht. Die Drehbank 38 weist ein Bett 40 mit Längsführungen auf, auf denen die übrigen Teile der Drehbank aufgesetzt sind.The device for welding the spindle 22 and the foot 30 in the area of the stem surfaces 32, 34 is known as a so-called. Friction welding lathe known. It is illustrated schematically in FIG. The lathe 38 has a bed 40 Longitudinal guides on which the other parts of the lathe are placed.
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Am linken Ende des Bettes 40 ist ein ortsfester Spindelstock 42 angeordnet, der durch einen schematisch bei 44 angedeuteten Motor angetrieben ist. Auf dem Bett 40 ist außerdem ein beweglicher Reitstock 46 vorgesehen, der bezüglich des «pindelstockes 42 verschoben werden kann.At the left end of the bed 40 there is a stationary headstock 42 which is driven by a motor indicated schematically at 44. In addition, a movable tailstock 46 is provided on the bed 40, which tailstock can be displaced with respect to the spindle stock 42.
Der Spindelstock 42 ist mit einem umlaufenden Futter 48 ausgerüstet, in das der in Fig. 1 veranschaulichte Fuß eingespannt werden kann, so daß das Futter und der Fuß 30 von dem Antriebsmotor 44 gemeinsam in Umdrehung versetzt werden. Durch einen nicht weiter dargestellten Bremsmechanismus kann die Drehbewegung des Futters 48 augenblicklich unterbrochen werden. Die zeitliche Abstimmung der einzelnen Vorgänge ist beim Reibungsschweißen nämlich besonders wichtig.The headstock 42 is equipped with a revolving chuck 48 in which the foot illustrated in FIG. 1 is inserted can be clamped so that the chuck and the foot 30 are rotated together by the drive motor 44 will. The rotary movement of the chuck 48 can be made instantaneously by a braking mechanism (not shown) to be interrupted. The timing of the individual processes is special in friction welding important.
Der Reitstock 46 ist mit einem geeigneten Futter ausgerüstet um den Ventilkörper 20 zu haltern. Das Reitstockfutter weist Backen auf, die das Einführen des Ventilkörpers 20 gestatten und diesen dann festhalten.The tailstock 46 is equipped with a suitable chuck to hold the valve body 20. The tailstock chuck has jaws that facilitate the insertion of the valve body 20 and then hold onto it.
Während des Verschweißens wird der Fuß 30 durch das Spindelfutter 48 in Umdrehung versetzt, während der Ventilkörper 20 derart vorgeschoben wird, daß die beiden Stirnflachen 32, 34 in der aus Fig. 2 ersichtlichen Weise stumpf aufeinander liegen. Da der Fuß 30 mit einer axialen Druckkraft belastet gegenüber dem Ventilkörper 20 umläuft, wird eine zur Verschweißung ausreichende Wärmemenge erzeugt.During the welding, the foot 30 is set in rotation by the spindle chuck 48, while the valve body 20 is advanced in such a way that the two end faces 32, 34 in the manner shown in Fig. 2 are butted on top of each other. Since the foot 30 is loaded with an axial compressive force rotates around the valve body 20, one is used for welding sufficient amount of heat generated.
Die Drehbewegung des Fußes 30 ist in der Weise in ihrem Ablauf programmiert, daß die notwendige Wärmemenge und die Erweichung der beiden aufeinanderliegenden Flächen 32, 34 erzielt werden. Nach Programmablauf wird das Spindelfutter 48 augenblicklich angehalten. In diesem Moment werden die Spindel 22 und der Fuß 30 miteinander verschmolzen.The rotational movement of the foot 30 is programmed in such a way in its sequence that the necessary amount of heat and the Softening of the two superposed surfaces 32, 34 can be achieved. After the program has run, the spindle chuck becomes 48 paused instantly. At that moment, the Spindle 22 and foot 30 fused together.
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Wie aus Fig. 3 zu ersehen, wird durch die Drehung und Erweichung des Metalles der Spindel 22 ein äußerer Grat 50 erzeugt. In ähnlicher,Weise bildet sich ein äußer Grat 51 an dem Fuß 30. Der Grat 50, 51 wird durch eine abschließende Bearbeitung entfernt. Abgesehen davon, bildet sich im Inneren der Spindel 22 ein Grat 53, während im Inneren des Fußes 30 ein Grat 54 "entsteht.As can be seen from FIG. 3, the rotation and softening of the metal of the spindle 22 creates an outer ridge 50 generated. Similarly, an outer ridge 51 is formed at the foot 30. The ridge 50, 51 is removed by a final processing. Apart from that, the Inside the spindle 22 a ridge 53, while inside the foot 30 a ridge 54 ″ is created.
Die Schweißverbindungen nach den Fig. 3 und 4 sind beide ordentlich; doch wird die Schweißverbindung nach Fig. 3 deshalb bevorzugt, weil sie einen geringeren Anfall an innerem Grat 53, 54 aufweist. Demgemäß wird die Bohrung 26, 36 in größerem Maße freigehalten, so daß das geschmolzene Natrium zum Zwecke des Wärmeaustausches von einem Ende der Höhlung zum anderen fließen kann. Die Schweißdaten bei den Fig. 3, 4 sind wie folgt:The welded joints of Figures 3 and 4 are both neat; however, the welded connection according to FIG. 3 preferred because it has a lower incidence of inner ridge 53,54. Accordingly, the bore 26, 36 kept free so that the molten sodium for the purpose of heat exchange from one end of the Cavity can flow to the other. The welding data in Figs. 3, 4 are as follows:
3 6 keine keiner schwach3 6 none none weak
4 1 keine keiner normal4 1 none none normal
Nachdem das roh verschweißte Ventil von der Reibschweißdrehbank 38 abgenommen ist, wird es in einen nicht weiter dargestellten Glühofen zum Spannungsfreiglühen verbracht. Anschließend wird es fertig bearbeitet und gehärtet.After the raw welded valve has been removed from the friction welding lathe 38, it is not shown in any further detail Annealing furnace spent for stress relief annealing. Then it is finished and hardened.
Das vorliegende Verfahren kann zur Herstellung von natriumgekühlten Ventilen- verwendet werden, weil die erzeugte Schweißwärme während einer so kurzen Zeitdauer und in so auf das Fußende des Ventiles konzentrierter Form auftritt, daß kein Natriumverlust eintritt. Demgemäß können die die Charge bildenden Natriumstäbchen 52 entsprechend Fig. 1 in das tellerseitige Ende der Höhlung 26 eingebracht werden. Das Natrium liegt bei Raumtemperatur in festem Zustand vor; es kann, falls notwendig, in eine Metallschutzfolie eingeschlossen sein, die bei der Betriebstemperatur des Ventiles schmilzt.The present process can be used to manufacture sodium-cooled valves because the welding heat generated occurs in such a short period of time and in such a concentrated form at the foot of the valve that there is no loss of sodium. Accordingly, the sodium rods 52 forming the charge can be introduced into the end of the cavity 26 on the plate side, as shown in FIG. The sodium is in a solid state at room temperature; if necessary, it can be enclosed in a protective metal foil which melts at the operating temperature of the valve.
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Da das Natrium in der Nähe des Tellers des Ventlles liegt, ist es von der Schweißzone entfernt. Wegen der Geschwindigkeit, mit der der Schweißvorgang abläuft, hat das Natrium somit keine Gelegenheit zu schmelzen.Since the sodium is close to the plate of the valve, it is away from the welding zone. Because of the speed at which the welding process takes place, the sodium has thus no opportunity to melt.
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Family Applications (1)
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OHN | Withdrawal |