DE2324850C2

DE2324850C2 - Verfahren zur Herstellung eines Ventils

Info

Publication number: DE2324850C2
Application number: DE19732324850
Authority: DE
Inventors: Fritz Dr.-Ing. 8901 Stadtbergen Eberle
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1973-05-17
Filing date: 1973-05-17
Publication date: 1981-09-17
Also published as: DE2324850A1

Description

— zunächst das Kühlmittel (6) in flüssigem Zustand in den Innenhohlraum (5) des Ventils eingebracht und anschließend bis zur Annahme seines festen Aggregatzustandes abgekühlt wird,

— dann äl°. miteinander zu verbindenden Ventilteile -an ihren Berührungsflächen gesäubert zusammengefügt und entmagnetisiert sowie anschließend in die Vakuumkammer einer Elektronenstrahlschweißvorrichtung eingebracht werden,

— nachfolgend die Vakuumkammer sowie der Innenhohlraum des Ventiis evakuiert werden, wobei die im Innenhohlraum befindliche Luft über im Bereich der einander zugekehrten Berührungsflächen der zu verbindenden Ventilteile beim Druckausgleich sich ergebende Luftspane bzw. dort vorhandene Austrittskanäle nach außen entweicht, u.id

— zuletzt die derart zusammengefügten Ventilteile mittels Elektronenstrah' chweißung miteinander verschweißt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die miteinander zu verbindenden Teile des Ventils während der innerhalb der Vakuumkammer ablaufenden Verfahrensschritte durch einen an einem Ventilteil (4) angeordneten, in den Innenraum (5) des anderen Ventilteiles (1) hineinragende» hohizylindrischen Ansatz (7) in vorgesehener Lage zueinander fixiert sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil bei Bedarf während des Schweißvorganges von außen mittels einer Wärmeleit- oder Kühlvorrichtung gekühlt wird, um ein etwaiges Überschreiten der Schmelztemperatur des eingelagerten Kühlmittels (6) zu verhindern.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines wenigstens aus zwei Teilen bestehenden Ventils für Brennkraftmaschinen mit einem evakuierten Innenhohlraum, der teilweise mit einem bei Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine flüssigen Kühlmittel gefüllt ist, bei welchem der Innenhohlraum zunächst mit Kühlmittel gefüllt, anschließend evakuiert und sodann durch Verbindung der Teile des Ventils nach außen abgeschlossen wird.

Bei einem derartigen, aus der DE-PS 3 19 325 bekannten Ventil ist der hohle, evakuierte, mit einer Wärmeleitflüssigkeit gefüllte Ventilschaft mit angeformtem Ventiltellerteil mit einer Schraube am Ende des Ventilschaftes verschlossen. Eine solche Verbindung ist ungünstig, da mittels einer Schraubverbindung sehr früh mit dem Verlust des Vakuums in dem hohlen Ventilschaft gerechnet werden muß. Die harten Schläge, denen das Ventil im Betrieb ausgesetzt ist, führen leicht zum Lösen der Schraubverbindung und damit zu erheblichen Beschädigungen und Zerstörungen des Ventils und auch benachbarter Teile. Weiter ist als nachteilig anzusehen, daß am Ende des VentiLchaftes

in ein Präzisionsinnengewinde auf einer Feindrehbank zur Aufnahme der Schraube eingearbeitet werden muß, das eine Verbindung zwischen dem Ventilschaft und der Schraube herstellen soll und außerdem noch dichten muß. Ähnliche Verhältnisse sind bei einem Ventil nach

ii der US-PS 23 69 063 gegeben. Nach dem Einfüllen des Kühlmittels und nach dem Evakuieren des Innenhohlraums des Ventils wird der Innenhohlraum durch einen Stopfen verschlossen, der in eine am Schaftende angeordnete öffnung eingepreßt wird. Auch dieser

2(\ Preßsitz kann sich nach gewisser Zeit lösen, so daß das Vakuum verlustig geht.

Davon ausgehend ist es die Aufgabe der Erfindung, ein einfaches Verfahren zur Herstellung eines Ventils der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welchem

r. ein betriebssicher arbeitendes Ventil kostengünstig angefertigt werden kann.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß

so — zunächst das Kühlmittel in flüssigem Zustand in den Innenhohlraum des Ventils eingebracht und anschließend bis zur Annahme seines festen Aggregatzustandes abgekühlt wird,

— dann die miteinander zu verbindenden Ventilteile υ an ihren Berührungsflächen gesäubert, zusammengeführt und entmagnetisiert sowie anschließend in die Vakuumkammer einer Elektronenstrahlschweißvorrichtung eingebracht werden,

— nachfolgend die Vakuumkammer sowie der Innen-4" hohlraum des Ventils evakuiert werden, wobei die

im Innenhohlraum befindliche Luft über im Bereich der einander zugekehrten Berührungsflächen der zu verbindenden Ventilteile beim Druckausgleich sich ergebende Luftspalte bzw. dort vorhandene ■« > Austrittskaniile nach außen entweicht, und

— zuletzt die derart zusammengefügten Ventilteile mittels Elektronenstrahlschweißung miteinander verschweißt werden.

>^f> Infolge der Verbindung der einzelnen Ventilteile mittels einer Elektronenstrahlschweißung ist die Gefahr des Lösens einer verschraubten Verbindung ausgeschaltet. Da eine derartige Schweißung im Vakuum durchgeführt wird, erübrigen sich hierdurch vorteilhaft

">' auch zusätzliche Maßnahmen zur Evakuierung des Innenhohlraums des Ventils. Eine beschleunigte Absaugung dei Luft aus dem Innenhohlraum des Ventils ist beim Evakuiervorgang durch im Bereich der Berührungsflächen der zu verbindenden Teile des Ventils

ho angeordnete Austrittskanäle möglich.

Bei mehr als zwei miteinander zu verbindenden Ventilleilen können alle Schweißungen gleichzeitig ausgeführt werden. Dies bedeutet weitere Arbeitsverkür/.iing und noch kostengünstigere Herstellung. Sofern

^M erforderlich, können die Temperaturen des Ventils während des Schweißvorgangs mittels einer Wärmeableit- oder Kühlvorrichtung unter der Schmelztemperatur der Wärmeleitflüssigkeit gehalten werden. Damit ist

vermeidbar, daß das sich im hohlen Ventilschaft in festem Aggregatzustand befindliche Kühlmittel durch die insbesondere bei einem längeren Schweißvorgang entstehende Wärme zum Schmelzen gebracht wird.

Nachstehend ist das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines danach hergestellten und in der Zeichnung dargestellten Ventils näher beschrieben.

In der Zeichnung ist im Längsschnitt ein teilweise mit Kühlmittel gefülltes Ventil dargestellt.

Das dargestellte Ventil umfaßt einen insgesamt mit 1 bezeichneten Ventilschaft mit angeformtem Halsteil 2, einen Ventiltellerteil 3 und ein mit 4 bezeichnetes Ventilschaftabschlußstück. Der Ventilschaft 1 weist einen Innenhohiraum 5 auf, der im Bereich des Ventilhalsteils 2 sich erweitert und bis in den Ventiltellerteil 3 ragt Dieser Innenhohiraum 5 ist mit einem Kühlmittel 6, wie z. B. Natrium, teilweise gefüllt. Das Veniilabschlußstück 4 weist einen hohlzylindrischen Ansatz 7 mit einer Aussparung 8 auf. Der Ansatz 7 dient zur Zentrierung des Ventilabschlußstücks 4 gegenüber dem Ventilschaft 1. Dies bietet den Vorteil, daß für den Schweißvorgang keine besonderen Vorbereitungen und Arbeitsgänge benötigt werden. Der Innenraum des Ansatzes 7 steht über eine Bohrung 9 mit einer Hinterdrehung 10 und daran anschließenden flachen Nuten 11 in Verbindung. Durch diese Ausnehmungen 9, 10, 11 wird die Evakuierung des Innenhohlraumes 5 nach Zusammenfügen der Teile des Ventils erleichtert und beschleunigt

Als Ausgangsteil für ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Ventil dient der mit dem Innenhohlraum ausgebildete Ventilschaft 1, der mit dem Ventiltellerteil 3 gasdicht verschweißt ist. Zunächst wird das Kühlmittel 6 im flüssigen Zustand in dosierten Mengen unterhalb des Flüssigkeitsspiegels eines Vorratsbehälters abgezapft und in den Innenhohlraum 5 des Ventils eingebracht Wird eine metallische Substanz, wie z. B. Natrium, als Kühlmittel vorgesehen, so muß darauf geachtet werden, daß Kontakt mit der Luft möglichst vermieden wird, da dieses Kühlmittel in Verbindung mit Sauerstoff sehr rasch in flüssigem Zustand oxydiert. Um aber bei einer Füllung des Ventils so wenig wie möglich oxydiertes Kühlmittel in das Ventil zu bringen, wird diese unterhalb des Flüssigkeitsspiegels abgesaugt. Dadurch kann die Oxydation auf ein Mindestmaß reduziert werden. Vor dem Befüllen des Ventils wird der Ventilschaft 1 auf ca. 300⁰C angeheizt, damit die noch in dem Innenhohlraum 5 sich befindende Feuchtigkeit entweichen kann. Nach dem Befüllen des Ventils muß das Kühlmittel 6 auf eine Temperatur abgekühlt werden, bei der es den festen Aggregatzustand einnimmt. Dies kann durch Kühlvorrichtungen oder durch Abkühlung durch die Umgebungstemperatur geschehen. In den Innenhohlraum 5 wird nun das VentilabschluBstück 4 mit seinem Ansatz 7 eingesteckt, nachdem die Berührungsflächen 12, 13 des Ventilschaftes 1 und des Ventilabschlußstückes 4 von Kühlmittel oder Fettrück-■ ständen gesäubert wurden. Dies geschieht mit Azeton oder sonst bekannten Waschmitteln. Das so zusammengefügte Ventil kommt anschließend in die Vakuumkammer einer Elektronenstrahlschweißeinrichtung. Während diese Kammer evakuiert wird, entweicht auch die

in Luft in dem Innenhohiraum durch die in dem Ventilabschlußstück 4 eingebrachten Ausnehmungen 9, 10, 11 und somit wird auch der obere Teil des Innenhohlraums 5 des Ventils evakuiert Das Ventil wird in der Elektronenstrahlschweißeinrichtung waagerecht

ι '< mittels eines Dreibackenfutters an dem Ventiltellerteil 3 und mittels einer Zentriervorrichtung an dem Ventilschaftabschlußstück 4 gehalten. Nach diesen Schritten werden die Ventilteile mit dem Elektronenstrahl, der senkrecht auf die zu verbindenden Stellen trifft, unter

_>(i Drehung dej Ventils verbunden. Um eine einwandfreie Elektronenstrahlschweißung durchführen zu können, müssen die Veritilteile, bevor sie in die Vakuumkammer kommen, noch entmagnetisiert werden, da sonst der Elektronenstrahl abgelenkt werden kann.

>■> Um bei dem Schweißvorgang die Temperaturen des Ventils ι i:ter der Schmelztemperatur des Kühlmittels zu halten, können Wärmeableit- oder Kühlvorrichtungen vorgesehen werden. Dies kann in Form von Kupferklötzen geschehen, die auf den Ventilschaft aufgesetzt

in werden, da Kupfer ein sehr guter Wärmeleiter ist. Außerdem hat man die Möglichkeit, Kühlschlangen, die mit Luft oder Kühlwasser betrieben werden, anzubringen und so die Temperaturen unter den Schmelztemperaturen des Kühlmittels 6 zu halten.

γ. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Ventilschaft 1 mit dem Vcntiltellerteil 3 vor Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gasdicht verschweißt worden. Dies kann ebenfalls mittels Elektronensuahlschweißung erfolgen. Bei andere.· Un-

H) terteilung des Ventils können auch alle Schweißungen eines Ventils gleichzeitig in der Vakuumkammer einer Elektronenstrahleinrichtung ausgeführt werden.

Im Betrieb wird durch die Ventilbewegung in Längsrichtung des Ver.tilschafts das Kühlmittel 6 in dem

4> Innenhohiraum 5 des Ventils hin- und hergeworfen und in Schwaden und Spritzer aufgelöst. Das Kühlmittel nimmt so kühlende Wärme vom Ventiltellerboden 14 auf. Infolge Durchmischung trägt es die Wärme zum Ventilschaft weiter und gibt sie über die Ventilführung

".Ii an das Kühlmittel des Zylinderkopfes bzw. des Ventileinsatzes ab. Das Hin- und Herwerfen des Kühlmittels 6 wird durch das Vakuum erleichtert und in bestimmten Fällen erst ermöglicht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines wenigstens aus zwei Teilen bestehenden Ventils für Brennkraftmaschinen mit einem evakuierten Innenhohlraum, der teilweise mit einem bei Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine flüssigen Kühlmittel gefüllt ist, bei welchem der Innenhohlraum zunächst mit Kühlmittel gefüllt, anschließend evakuiert und sodann durch die Verbindung der Teile des Ventils nach außen abgeschlossen wird, dadurch gekennzeichnet,