DE3121296A1

DE3121296A1 - Ventilstoessel und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE3121296A1
Application number: DE19813121296
Authority: DE
Inventors: Manfred Ing.(grad.) 7302 Ostfildern Pfiz; Kurt 7000 Stuttgart Wizemann
Original assignee: Wizemann U Co J GmbH
Current assignee: Wizemann U Co J GmbH
Priority date: 1981-05-29
Filing date: 1981-05-29
Publication date: 1982-12-23
Also published as: EP0066004A1; EP0066004B1; ATE19289T1; DE3174394D1

Description

HOEGER,

PATENTANWÄLTE UHLANDSTRASSE 14 c · D 7000 STUTTGART 1

Ά 44 696 b Anmelder: Fa. J. Wizemann GmbH & Co.

b - 177 Quellenstr. 7

25. Mai 1981 7000 Stuttgart 50

Ventilstössel und Verfahren zu seiner Herstellung

Die Erfindung betrifft einen Ventilstössel mit einem hohlen Schaft und einem eine Lauffläche aufweisenden Bodenstück, welche längs einer Ringzone durch Elektronenstrahl- oder Laser-Schweißung miteinander verbunden sind. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Ventilstössels.

Elektronenstrahl-geschweißte Ventilstössel der vorstehend geschilderten Art sind aus der DE-PS 27 03 015 bekannt.

Beim Verbinden des hohlen Schafts mit dem Bodenstück durch Schweissen mittels eines Energiestrahls, insbesondere eines Elektronenstrahls, treten ab und zu Schwierigkeiten auf, die im Betrieb eines mit solchen Ventilstösseln versehenen Verbrennungsmotors zu einem Bruch eines Ventilstössels im Bereich der Schweißnaht führen können. Wählt man nämlich die Energie des Elektronen- oder Laserstrahls zu nieder, so besteht die Gefahr, dass der Innenwandbereich des Ventilstösselschafts nicht mehr einwandfrei mit dem Bodenstück verschweißt wird, was einen einen Dauerbruch begünstigenden Kerbeffekt zur Folge hat. Arbeitet man hingegen mit einem zu energiereichen Elektronen- oder Laserstrahl, so hat dies zur Folge, dass der Energiestrahl,

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von aussen kommend, nicht nur - wie erwünscht - den gerade bearbeiteten Ringzonenbereich durchdringt, sondern auch noch auf die Innenseite des diametral gegenüberliegenden Ringzonenbereichs einwirkt und dort, sofern bereits geschweißt, zu Schädigungen führt, die ähnlich einem Kerbeffekt gleichfalls zu einem Dauerbruch führen können. Diese, mit der Verwendung eines energiereichen Elektronen- oder Laserstrahls verbundene Gefahr ist deshalb besonders störend, weil man an sich einen energiereichen Strahl vorziehen würde, da er nicht so stark fokussiert werden müsste ein stark fokussierter Energiestrahl erfordert eine äusserst genaue Positionierung des Schweißgeräts relativ zu den Werkstücken,und die ausserordentlich schmale Schweißzone führt auch zum Entstehen verhältnismäßig starker Spannungen im Material beidseits der Schweißnaht, wodurch die Bruchgefahr weiter erhöht wird.

Der Erfindung lag deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Weg aufzuzeigen, wie Ventilstössel mit einem hohlen Schaft und einem damit stoffschlüssig verbundenen Bodenstück hergestellt werden können, wenn sich Schaft und Bodenstück wegen der zu treffenden Werkstoffpaarung nicht durch konventionellere Methoden wie bei-. spielsweise Reibschweissen miteinander verbinden lassen, wobei jedoch gleichzeitig die vorstehend beschriebenen Nachteile des Elektronenstrahlschweissens vermeidbar sein sollen.

Diese Aufgabe läßt sich mit Elektronenstrahl- oder Laser-Schweißen erfindungsgemäß dadurch lösen, dass

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im Stösselinnern ein Abschirmelement angeordnet wird, welches zwischen jedem Bereich der Ringzone, längs welcher Schaft und Bodenstück miteinander verbunden sind, und dem diesem diametral gegenüberliegenden Ringzonenbereich liegt. Dabei kommt es nur darauf an, dass dieses Abschirmelement im Augenblick des Schweissens verhindert, dass der die Stösselschaftwand durchdringende Energiestrahl den gegenüberliegenden Stösselbereich schädigt, d. h. erfindungsgemäß wird so vorgegangen, dass zumindest während des Schweissens im Stösselinnern ein Abschirmelement angeordnet wird, welches mindestens immer zwischen der momentanen Schweißstelle und dem gegenüberliegenden Ringzonenbereich liegt und so eine Einwirkung des Schweißstrahls auf diesen gegenüberliegenden Ringzonenbereich verhindert. Bei oben offenen Ventilstösseln könnte man also daran denken, ein Abschirmelement in den Ventilstössel einzuführen und es nach Beendigung des Schweißvorgangs wie-•'der zu entfernen; auch könnte das Abschirmelement Bestandteil des Schafts oder Bodenstücks sein oder die Form eines regelrechten kleinen Schirms haben, der zusammen mit der Energiestrahlquelle relativ zum Ventilstössel gedreht wird.

Am einfachsten ist es hier doch, wenn das Abschirmelement die Form eines die Ringzone von innen her abdeckenden Rings aufweist, wobei dieser mit dem eigentlichen Ventilstössel verschweißt sein kann.

Bei Ventilstösseln mit einem oben offenen Schaft und einer im Ventilstössel liegenden Pfanne für die Abstützung einer Stösselstange kann man nun diese Pfanne gleichzeitig als Abschirmelement heranziehen, d. h.

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mit anderen Worten, das Abschirmelement wird als Pfanne ausgebildet und zweckmäßigerweise mit der erwähnten Ringzone verschweißt.

Da man das Abschirmelement vor dem Zusammensetzen von Schaft und Bodenstück in den Ventilstösselschaft einführen kann, ist es möglich und empfehlenswert, das Abschirmelement gegen die Schafbinnenwand anliegen zu lassen und die letztere mit einer das Abschirmelement übergreifenden und dieses in axialer Richtung sichernden Schulter zu versehen, so dass das Abschirmelement zwischen der Schulter und dem Bodenstück in axialer Richtung spielfrei gehalten wird.

Die Erfindung ermöglicht es also, stets mit einem so energiereichen Strahl zu arbeiten, dass mit Sicherheit eine grenzflächenfreie Verbindung zwischen Stösselschaft und Bodenstück entsteht, ohne dass auf der Innenseite des Stösselschafts Schädigungen durch den Schweißstrahl in Kauf genommen werden müssen. Ausserdem kann nun mit einem breiteren Energiestrahl gearbeitet werden, so dass ein erfindungsgemäßer Ventilstössel im Bereich der Schweißnaht nicht so rissgefährdet ist, wie dies Ventilstössel der in Rede stehenden Art sind, welche mit einem scharf fokussierten Energiestrahl geschweißt worden sind. Wenn gewährleistet ist, dass sich die Schweißverbindung über die gesamte Wandstärke des Stösselschafts erstreckt, läßt sich auch eine eindeutige Ultraschallprüfung der Ventilstössel durchführen, denn sonst kann man bei einer Ultraschallprüfung nicht zwischen einem Riss und einer Stelle unterscheiden, an der lediglich nicht ganz durchgeschweißt worden ist.

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Die Erfindung eignet sich besonders für Ventilstössel, bei denen der Stösselschaft aus einem Einsatzstahl und das Bodenstück aus einem Werkzeugstahl besteht.

Im folgenden soll anhand zweier bevorzugter Auführungsformen die Erfindung noch näher erläutert werden; die beiliegende Zeichnung zeigt Längsschnitte durch diese beiden Ventilstössel.

Die erste Ausführungsform nach Fig. 1 hat einen Schaft 10, der oben geschlossen und mit einer nicht dargestellten Kugelpfanne für die Abstütztung einer Stösselstange versehen ist. Die im wesentlichen kreiszylindrisch ausgebildet Schaftwand 12 ist auf einen ebenfalls kreiszylindrischen Ansatz 14 eines tellerförmig ausgebildeten Bodenstücks 16 aufgesetzt und mit diesem Ansatz längs einer kreisringförmigen Ringzone 18 verschweißt.

Erfindungsgemäß ist in den Stösselhohlraum 20 ein metallischer Schutzring 22 eingesetzt, der insbesondere ebenfalls die Gestalt eines hohlen Kreiszylinders besitzt und dicht an den Innenumfangsflächen der Schaftwand 12 und des Bodenstück-Ansatzes 14 anliegt. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung bildet die Innenseite der Schaftwand 12 eine Ringschulter 26, zwischen der und dem Bodenstück 16 der Schutzring 22 in axialer Richtung gehalten wird.

Da das Bodenstück 16 eine Lauffläche 30 für einen nicht dargestellten Nocken bildet, muß dieses Bodenstück möglichst verschleißfest sein, weshalb es bevorzugt aus einem chromlegierten Werkzeugstahl besteht.

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Hingegen empfiehlt es sich aus Kostengründen, den Schaft 10 aus Einsatzstahl im Kaltfließpressverfahren herzustellen.

Zur Herstellung des in Fig. 1 gezeigten Ventilstössels wird der Schutzring 22 in das Bodenstück 16 eingesetzt und dann der Schaft 10 aufgesteckt. Die Teile durchlaufen dann eine Elektronenstahl-Schweißvorrichtung, die vor der eigentlichen Schweißstation mit einer Schleuse versehen ist, um die Teile für den Schweißvorgang in ein Vakuum bringen zu können. In der Schweißstation wird ein Elektronenstrahl 40 in radialer Richtung auf die Ringzone 18 gerichtet, worauf Ventilstössel und Elektronenstrahl um die Stössellängsachse so relativ zueinander gedreht werden, dass der Elektronenstrahl 40 um den Stössel herumläuft.

Erfindungsgemäß wird die Energie des Elektronenstrahls 40 so groß gewählt, dass er*die Schaftwand 12 bzw. den Ansatz 14 vollständig durchdringt, nicht jedoch die doppelte Wandstärke des Schutzrings 22, so dass beim Schweissen keine Schädigung der Ringzone 18 in demjenigen Bereich auftreten kann, der der gerade bearbeiteten Schweißstelle gegenüberliegt. Auf diese Weise wird nicht nur die Ringzone 18 durchgeschweißt, sondern der Schutzring 22 wird auch noch mit dem Schaft 10 bzw. dem Bodenstück 16 verschweißt.

Die Ausführungsform nach Fig. 2 weist einen oben offenen Schaft 10· auf und unterscheidet sich im übrigen von der Ausführungsform nach Fig. 1 dadurch, dass als Abschirmelement eine Kugelpfanne 22" verwendet wurde, die in gleicher Weise wie der Schutzring 22 bei der Ausführungsform nach Fig. 1 zwischen dem Schaft 10'

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und einem Bodenstück 16' gehalten und beim Verschweissen der beiden Teile 10¹, 16' längs einer Ringzone 18' im Bereich dieser Ringzone mit den beiden Teilen 10*, 16' verschweißt wird.

Sitzt der Schutzring 22 bzw. die Kugelpfanne 22' spielfrei im Stösselinnern, so kann das Abschirmelement als Zentrierstück beim Zusammensetzen von Schaft und Bodenstück vor dem Schweissen dienen.

Die Wandstärke des Abschirmelements muss natürlich so gewählt werden, dass es seine Aufgabe erfüllen, d.h. verhindern kann, dass der gewählte Energiestrahl an der der momentanen Schweisstelle gegenüberliegenden Stelle zu einer Schädigung führt.

Leerseite

Claims

HOEGER, STEbLREC'lA^Ä-'PÄRlTJNER^ . y . ->_q

ΡΑΤΓ N TANWAl It * ^

P A T Γ NTANWAL
UHLANDSTRASSE 14 c D 7000 STUTTGART 1

A 44 696 b Anmelder: Fa. J. Wizemann GmbH & Co.

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Ansprüche

Ventilstössel mit einem hohlen Schaft und einem eine Lauffläche aufweisenden Bodenstück, welche längs einer Ringzone durch Elektronenstrahl- oder Laserschweißung miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass im Stösselinnern ein Abschirmelement angeordnet ist, welches zwischen jedem Bereich der Ringzone und dem diesem diametral gegenüberliegenden Ringzonenbereich liegt.

2. Ventilstössel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschirmelement die Form eines die Ringzone von innen her abdeckenden Rings aufweist, welcher insbesondere ein Zentrierelement von Schaft und Bodenstück bildet.

3. Ventilstössel nach Anspruch 1, mit einem oben offenen Schaft und einer Pfanne für die Abstützung einer Stösselstange, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschirmelement als Pfanne ausgebildet ist.

4. Ventilstössel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Pfanne mit der Ringzone verschweißt ist.

5. Ventilstössel nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

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das Abschirmelement gegen die Schaftinnenwand anliegt und letztere mit einer das Abschirmelement übergreifenden und dieses in axialer Richtung sichernden Schulter versehen ist.

Verfahren zur Herstellung eines Ventilstössels,
welcher einen hohlen Schaft und ein eine Lauffläche bildendes Bodenstück aufweist, die längs einer Ringzone durch Elektronenstrahl- oder Laser-Schweissen miteinander verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest während des Schweissens im Stösselinnern ein Abschirmelement angeordnet wird, das jeweils zwischen der momentanen Schweißstelle und dem dieser diametral gegenüberliegenden Ringzonenbereich liegt und so eine Einwirkung des Elektronen- oder Laserstrahls auf den der momentanen Schweißstelle gegenüberliegenden Ringzonenbereich verhindert.