DE2821752A1

DE2821752A1 - Verfahren zur herstellung von gekuehlten ventilen fuer brennkraftmaschinen und so erzielte ventile

Info

Publication number: DE2821752A1
Application number: DE19782821752
Authority: DE
Inventors: Francis Charron
Original assignee: Basset Bretagne Loire -Bbl; BASSET BRETAGNE LOIRE
Current assignee: MAN Energy Solutions France SAS
Priority date: 1977-05-27
Filing date: 1978-05-18
Publication date: 1978-12-07
Also published as: GB1604283A; CH622857A5; IT7823596A0; IT1095512B; NL7805781A; SU724091A3; US4190941A; FR2392224B1; FR2392224A1; SE7806069L; DK235778A; JPS53148636A

Description

PATENTANWÄLTE
ICIRSCHNER & GROSSE

Herzoa-Wilhelm-Sfr. 17. D-eooo MDNCHEN J

1) BASSET BRETAGNE LOIRE - B. B. L.
8, rue Troyon

92310 SEVRES / Frankreich

2) Herr CHARRON Francis

26 bis, rue de la Procession

78290 CROISSY SUR SEINE / Frankreich

"Verfahren zur Herstellung von gekühlten Ventilen für Brennkraftmaschinen und so erzielte Ventile. "

Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen ein Verfahren zur Herstellung von Ventilen und insbesondere von gekühlten Ventilen für Brennkraftmaschinen, und bezieht sich auch auf die so hergestellten Ventile.

In an sich bekannter Weise bestehen die pilz- oder glockenförmigen, durch ein Kühlmedium abgekühlten Ventile aus mindestens zwei Teilen, und zwar einem Teller und einer Stange, um Kanäle jeweils zur Zufuhr und zum Rückfluss des Kuhlmediums durchführen zu können. Beide teile der Ventile werden dann durch Verschraubung, Schweissung oder Lötung oder noch mit Hilfe eines Schrumpf ringes miteinander verbunden.

809849/0691

Die bekannten Verfahren zum Zusammenbau beider Teile der Ventile sind jedoch mit Nachteilen behaftet. Bei Anwendung eines Schweiss-Verfahrens können wegen der Riss empfindlichkeit der im allgemeinen fur Ventile eingesetzten Werkstoffe Bruche erscheinen.

Bei Anwendung einer Lötung können wegen der unterschiedlichen Wärmedehnungserscheinungen zahlreiche Fehler und insbesondere die Trennung der hergestellten Verbindung festgestellt werden. Mit Schraubenverbindungen hat man unter der kombinierten Wirkung der unterschiedlichen Wärmeausdehnungen und der austretenden Schwingungen ein fortschreitendes Lösen feststellen können.

Die genannten Nachteile fuhren meistens nach dem Bruch des Ventiltellers dazu, dass letzterer in den Zylinder des Motors hineinfällt und sehr grosse Beschädigungen hervorruft.

Die vorliegende Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, die genannten Nachteile zu beheben und ein Ventil zu schaffen, welches im fertigen Zustand in Form einer Einheit ohne querliegende Verbindungen erscheint.

Zu diesem Zweck schlagt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von gekühlten Ventilen insbesondere für Brennkraftmaschinen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass es darin besteht :

- aus einem ersten im wesentlichen zylinderformigen Schwingarm aus geeignetem extrudierbarem Material z.B. durch Ausbohren eines axialen Sackloches sowie durch Auskehlen einer Umfangsnute im Boden der genannten Bohrung einen Ventilrohling zu bilden ;

- aus einem zweiten im wesentlichen zylinderformigen Schwingarm aus geeignetem extrudierbarem ggf. andersartigem Werkstoff einen Kern in Form einer zylinde rf armigen Stange mit einem dem Durchmesser des genannten Sackloches zugeordneten Durchmesser zu be-

609849/0691

arbeiten und beiderseits dieses Kernes mindestens zwei jeweils zur Zufuhr und zum Ruckfluss des Kuhlmediums dienende Kanäle zu bilden, wel<_he an ihren jeweils abgewandten Enden ausmunden ; und den Kern in das Sackloch des Ventilrohlinges so einzuführen, dass die Kanäle mit einem Ende in die Umfangsnute mttnden ;

- die so zusammengefugten Bestandteile (Rohling und Kern) vorzugsweise hydrostatisch einem Strangpressvorgang auszusetzen, um der Ventilstange die gewünschten Abmessungen zu verleihen und gleichzeitig das einwandfreie Aneinanderhaften des ,Rohlinges und de j Kernes herbeizufuhren ; und schliesslich

- dem Ventilteller die angepasste zugehörige Form zu geben.

Gemäss einem anderen Merkmal der Erfindung v/erden vor dem Strangpressverfahren die Kanäle und die Nute mit einem niedrig schmelzenden Produkt gefüllt, wobei nach erfolgtem Strangpressen das Ventil erwärmt wird, um das genannte Produkt zum Schmelzen zu bringen und es entfernen zu können.

In dem so hergestellten Rohling wird der Ventilteller durch Formbearbeitung, Druckverformung, Schmieden, punzenähnliche Dreharbeit oder dergleichen oder noch durch Zerspannarbeit endgültig geformt.

Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, in welcher anhand der beigefugten Zeichnungen ein nicht einschränkendes Ausfuhrungsbeispiel der Ei-findung erläutert wird.

In den Zeichnungen zeigen :

- Figur 1 einen Längsschnitt, welcher den Ventilrohling nach der ersten Stufe des erfindungsgeinässen. Verfahrens zeigt ;

809849/0691

- Figur 2 eine Seitenansicht eines stangenförmigen Kernes mit zwei Kanälen jeweils zur Zufuhr und zum Rückfluss des Kühlmediums, nach der zweiten Stufe dieses Verfahrens ;

- Figur 3 eine Ansicht gemäss dem Pfeil III der Figur 2 ;

- Figur 4 eine Ausfuhrungsvariante der Figur 3 bezuglich der Kuhlkanäle ;

- Figur 5 einen Längsschnitt des Ventiles mit dem in den Rohling eingesetzten Kern ;

- Figur 6 einen Teillängsschnitt einer Strangpresse zur Formung der Ventilstange während der dritten Phase des erfindungsgemässen Verfahrens ;

- Figur 7 einen Längsschnitt des Ventiles nach der Bearbeitung in der genannten Presse, wobei in diesem Fall die Kühlkanäle mit einer FUllmasse gefüllt sind, um wahrend des Strangpre ssverfahre ns die Stauchung der Kanäle möglichst zu begrenzen ;

- Figur 8 einen Längsschnitt des Ventiles nach Entfernung des Füllmaterials ; und

- Figur 9 eine Seitenansicht eines fertigen Ventiles nach der Formgebung dessen Tellers.

In Figur 1 ist die erste Stufe des erfindungsgemässen Verfahrens schematisch dargestellt. Ausgehend von einem im wesentlichen zylinderförmigen Schwingarm 1 aus extrudierbarem Material, wie z.B. aus feuerfestem Stahl, dessen ursprünglicher Durchmesser demjenigen des fertigen Ventiltellers mindestens gleich ist, wird z.B. durch Ausbohren ein axiales Sackloch 2 ausgeführt, in dessen Boden durch Bearbeitung, z. B. für kleine Bohrungen durch Elektroerosion oder für

809849/0691

Bohrungen grösseren Durchmessers durch Dreharbeit, eine innere Umfangsnute 3 zum Umlauf des Kühlmediums in dem Ventilteller gebildet wird.

Dann wird z. B. durch Abstecharbeit auf der Drehbank die äussere Bearbeitung des Werkstuckes durchgeführt, um den aussen Durchmesser des Schwingarmes 1 mit Ausnahme dessen verschlossenen Endes zu verringern, wobei ein Absatz 4 aufrechterhalten wird, in welchem die Nute 3 vorgesehen ist.

In Figuren 2 bis 5 ist die zweite Stufe des VerfahrvMis dckmatisch dargestellt.

Ausgehend von einem zweiten, im wesentlichen zylincierformig.;:i Schwingarm 5 aus geeignetem und ggf. andersartigem, jedoch extrudierbarem Werkstoff, wird ein Kern 5 gebildet, der die Form einer zylinder förmigen Stange aufweist und einen dem Durchmesser des Sackloches 2 des Schwingarmes 1 zugeordneten Aussendurchmesser besitzt. In diesem Kern werden dann zwei Kanäle 6 jeweils zur Zufuhr und zum Ruckfluss des Kuhlmediums ausgeführt. Diese längsgerichteten Kanäle 6 sind entweder in Form von durchgehenden in den Kern 5 durchgebohrten Kanälen, die an beiden Enden des Kernes munden, oder in Form von Nuten 7 ausgeführt, die durch Auskehlen der gesamten Lange der üus sere η Seitenflache des Kernes 5 gebildet werden. Diese Kanäle bzw. Nuten sind entweder geradlinig oder krummlinig und können zueinander gleichlaufend verlaufen.

Im Falle der Kanäle 6 wird ebenfalls in dem Kern 5 ein Vorsprung 8 gebildet, der eine Trennwand zwischen beiden an diesem Ende ausmündenden Kanälen 6 bildet.

Bevor der Kern 5 in das Sackloch 2 des Rohlinges so eingeführt wird, dass der Vorsprung 8 sich auf den inneren Boden des Absatzes 4 des Ventiltellers abstützt, werden ggf. die äussere Seitenfläche des

8098A9/0691

Kernes 5 sowie die Innenflache des Sackloches 2 oberflächenmässig behandelt, um das Aneinanderhaften des Kernes und des Rohlinges im Laufe der nachfolgenden Stufe des erfindungsgemassen Verfahrens zu erhöhen. Diese Behandlung besteht z.B. aus einer Entfettung, einem Beizvorgang und schliesslich aus einem Metallisierungsvorgang.

In Figuren 6 bis 8 ist die dritte Stufe des erfindungsgemassen Verfahrens dargestellt. Vor dem eigentlichen Strangpressen des Ventiles, sobald der Kern in das Rohling eingeführt worden ist, wird ggf. der Kühlungskreislauf (Kanäle 6 und Nute 3) mit einem niedrig schmelzenden Produkt, wie z. B. mit einem Eutektikum, welches bei einer Temperatur von etwa 100⁰C schmilzt, gefüllt. Dieses Produkt wird im geschmolzenen Zustand geschüttet und nach Erstarrung desselbens durch Kuhlwirkung werden die ausseren Offnungen der Kanäle 6, welche am freien Ende des Kernes 5 munden, dicht verschlossen, um jedes Ausfliessen des im. Laufe des Strangpressverfahrens flüssig werdenden Produktes zu verhindern. Die Kanäle werden z.B. mit Hilfe von Propfen oder von mit Gewinde versehenen Stempeln aus Metall erzielt, welche in Gewinde bohrungen der Kanäle 6 aufgeschraubt werden.

Der StrangpressVorgang, der zur Erzielung einer besseren Einheitlichkeit des stranggepressten Materials vorzugsweise hydrostatisch vor sich geht, wird in einer Presse 10 durchgeführt, die aus einem feststehenden unteren Gestell 11 und einem oberen Gestell 12 besteht, welches mit Hilfe von Führungssäulen 13 über das feststehende Gestell 11 hinaus verstellt werden kann. Auf dem feststehenden Gestell 11 ist eine Stütze mit einer axialen Bohrung 15 vorgesehen, welche den Strangpresskopf 16 trägt, dessen oben erweiterte Bohrung 17 mit der Bohrung 15 fluchtrecht liegt. Der Durchmesser der Bohrung des Strangpresskopfes 16 entspricht in dem nicht erweiterten Teil desselbens dem für die Ventilstange gewünschten Durchmesser, während der Durchmesser der Bohrung 15 der Stütze 14, welche als Raum zur Aufnahme des stranggepressten Ventiles dient, etwas grosser ist.

809849/0691

Um den Rohling 17 herum ist ein ringförmiger Behälter 18 angeordnet, dessen Bohrung 19 mit den Bohrungen 15, 17 fluchtrecht liegt und einen Durchmesser aufweist, der geringfügig grosser als der Durchmesser des Absatzes 4 des Ventiltellers ist. Das bewegliche Gestell 12 umfasst an seinem dem feststehenden Gestell 11 zugewandten Ende einen Kolben 20, der mit der Achse des Behalters 18 axial fluchtet.

Wenn der Kolben 20 sich in der oberen Stellung, d.h. aber dem Behalter 18 befindet, wird der Rohling durch sein Ende geringeren Durch messers in die Bohrung 19 des genannten Behalters 18 eingeführt, bevor die Presse 10 mit hydraulischer Flüssigkeit gefüllt wird.

Dann wird durch die Verschiebung des beweglichen Gestells 12 entlang der Führungssäulen 13 der Kolben 20 geleitet und ins Innere der Bohrung 19 des Behalters 18 gepresst, damit die Ventilstange durch den Strangpresskopf 16 hindurch zwangsweise passiert. Das freie Ende 'iod Kolbens 20 wirkt nicht unmittelbar auf das freie Ende des Absatzes 4 des Ventiles, sondern über das beide Elemente trennende Druckmedium. Sobald der anschlagförmige Absatz in die Bohrung 17 des Strangpresskopfes 16 gelangt, ist das Strangpressverfahren beendet.

Das hergestellte Ventil 21, dessen Stange 22 den gewünschten Durchmesser und die geeignete Länge aufweist, ist in Figur 17 gezeigt, wobei in dem dargestellten Beispiel der Kühlmediumkreis lauf mit dem Füllungsmaterial 9 immer noch gefüllt ist. Das Fullungsmaterial 9 dient dazu, im Laufe des Strangpressve rf ahre ns die Kanäle des Kühlmedium.-kreislaufes mit einem vorbestimmten geringen Durchmesser zu bilden.

Nach dem Strangpressverfahren wird das Ventil z.B. durch Tauchen in kochendem Wasser erhitzt, um das Füllungsmaterial 9 zum Schmelzen zu bringen und es nach Entfernung der Propfen 6 auslaufen zu lassen. So erzielt man das in Figur 8 dargestellte Ventil.

In der letzten Stufe des Verfahrens muss der Ventilteller im

809849/0691

Boreich des Absatzes 4 formmassig bearbeitet werden, um das endgültige Ventil 23 mit der Stange 22 und dem Teller 24, die in Figur 9 gezeigt sind, zu erzielen.

Man möchte darauf hinweisen, dass das hydrostatische Strangpre ssverfahre η wegen des verhaltnismas sig geringen Reibkoeffizienten im Bereich des Strangpress kopfes sowie dadurch, dass in dem Behalter der Presse keine Reibung entsteht, weniger Leistung als die anderen Kaltziehverfahren ex-fordert.

Mit diesem Verfahren erzielt man daneben Produkte, deren Struktur über das gesamte stranggepresste Teil im wesentlichen einheitliche Eigenschaften aufweist. Damit kann man ausserdem Ventile aus Werkstoffen, die normalerweise mit herkömmlichen Verfahren nicht in kaltem Zustand stranggepresst werden können, herstellen.

809849/0691

Leerseite

Claims

'Jf ■

PATENTANSPRÜCHE

l.-l Verfahren zur Herstellung von gekühlten Ventilen insbesondere fur Brennkraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, dass es darin besteht :

- aus einem ersten, im wesentlichen zylinderförmigen Schwingarm 1 aus geeignetem strangpressbarem Material durch Ausbohren eines axialen Sackloches 2 sowie durch Auskehlen einer Umfangsnut« 3 im Boden der genannten Bohrung einenVentilrohling zu bilden ;

- aus einem zweiten, im wesentlichen zylinderförmigen Schwingarm 5 aus geeignetem strangpressbarem ggf. andersartigem Werkstoff einen Kern 5 in Form einer zylinderförmigen Stange mit einem dom Durchmesser des genannten Sackloches 2 zugeordneten Durchmesser zu bearbeiten und beiderseits dieses Kernes mindestens zwei jeweils zmv Zufuhr und zum Rückfluss des Kuhlmediums dienende Kanäle 6 auszuführen, welche an ihren jeweils abgewandten Enden ausmünden ;

- den Kern 5 in das Sackloch 2 des Ventilrohlinges so einzuführen, dass die genannten Kanäle 6 mit einem Ende in die Umfangsnute 3 ausmünden ;

- die so zusammengefügten Bestandteile (Rohling und Kern) einem vorzugsweise hydrostatisch vor sich gehenden Strangpressvorgang auszusetzen, um der Ventilstange 22 die gewünschten Abmessungen zu verleihen und gleichzeitig das einwandfreie Aneinanderhaften des Rohlinges 1 und des Kernes 5 herbeizuführen ; und schliesslich

- dem Ventilteller 24 die zugehörige Form zu geben.
2. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es darin besteht, die genannten Kanäle 6 sowie die Nute mit einem niedrig schmelzenden Produkt 9 auszufüllen.

809849/0691 ORIGINAL INSPECTED
3. - Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es darin besteht, vor der Einführung des Kernes 5 in die Bohrung 2 des Rohlinge s die aus sere Seitenflache des Kernes 5 und die Oberflache der mittleren Bohrung des Rohlinges 1 oberflachenmassig zu behandeln.
4. - Gekühltes Ventil fur Brennkraftmaschinen, dadurch g e k e η η -

zeichne t, dass es mit dem Verfahren nach einem d^r vorangehenden Ansprüche hergestellt wird.

809849/0691