DE3808181A1

DE3808181A1 - Verfahren zum ausbilden einer balligen gleitflaeche an einem mechanischen teil

Info

Publication number: DE3808181A1
Application number: DE3808181A
Authority: DE
Inventors: Shigeaki Akao; Masato Taniguchi; Masaya Ito
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1987-03-12
Filing date: 1988-03-11
Publication date: 1988-09-22
Also published as: JPS63225728A; JPH0674811B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ausbilden einer balligen oder konvexen Gleitfläche an einem mechani schen Teil oder Element, z.B. einem Ventilstößel, einem Schlepphebel, einem Kipphebel, einem Ventilschaft od.dergl. einer Brennkraftmaschine.

Es ist bekannt, eine Gleitfläche eines mechansichen Teils nicht vollkommen eben sondern leicht ballig oder konvex auszubilden, um eine Verkantung gegenüber einer komplemen tären Gleitfläche auszuschließen. Bei einer solchen balligen Gleitfläche liegt dann der mittlere Bereich beispielsweise um einige Zehntel µm bis einige µm höher als der Umfangsbereich.

Im Hinblick auf eine Verbesserung der Verschleißfestigkeit ist es seit einiger Zeit üblich, aus Metall bestehende Teile der genannten Art mit Kontaktstücken aus einem hoch verschleißfesten Werkstoff zu versehen, z.B. aus Silizium nitrid, Siliziumkarbid, Sialon usw.

Bei der Ausbildung einer balligen Gleitfläche an einem Kontaktstück aus einem solchen hoch verschleißfesten Werk stoff nach dem Brennen oder Sintern desselben ergibt sich der Nachteil eines sehr hohen Kostenaufwands. Wird eine solche ballige Gleitfläche dagegen vor dem Brennen oder Sintern eines solchen Kontaktstücks an diesem ausgebildet, dann ergibt sich wegen der starken Schrumpfung des Kontakt stücks beim Brennen oder Sintern der Nachteil einer unzu länglichen Maßhaltigkeit.

Demgegenüber schafft die Erfindung ein neuartiges Verfahren zum Ausbilden einer balligen oder konvexen Gleitfläche an einem mechanischen Teil. Bei einem solchen Verfahren ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß man einen Träger vor bereitet, daß man ein Kontaktstück aus einem Werkstoff bereitstellt, welcher eine hohe Verschleißfestigkeit auf weist und einen kleineren Wärmedehnungskoeffizienten hat als der Werkstoff des Trägers, daß man am Kontaktstück zwei zueinander parallele Endflächen ausbildet und daß man das Kontaktstück mit einer der Endflächen unter Anwendung von Wärme stoffschlüssig mit dem Träger verbindet, so daß die andere Endfläche beim Abkühlen des Trägers und des Kontaktstücks eine ballige Form erhält.

Dieses Verfahren ist frei von den vorstehend angeführten Nachteilen.

Ein Ziel der Erfindung ist somit die Schaffung eines Verfahrens zum Ausbilden einer balligen oder konvexen Gleitfläche an einem mechanischen Teil, mittels dessen nicht nur eine Verringerung der Fertigungskosten sondern auch eine verbesserte Maßhaltigkeit erzielbar ist.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens der vorstehend genannten Art, welches mit besonderem Vorteil bei der Fertigung von Ventilstößeln, Schlepphebeln, Kipphebeln, Ventilschäften usw. einer Brennkraftmaschine anwendbar ist.

Im folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1A eine Teil-Schnittansicht eines mechanischen Teils mit einem Träger und einem Kontaktstück vor dem endgültigen Verbinden derselben miteinander,

Fig. 1B eine Fig. 1A entsprechende Schnittansicht des mechanischen Teils nach dem Verbinden der beiden Elemente, in übertriebener Darstellung,

Fig. 2A eine Seitenansicht eines Kontaktstück in einer gegenüber Fig. 1 abgewandelten Ausführung,

Fig. 2B eine Stirnansicht des Kontaktstücks nach Fig. 2A an der mit dem Träger zu verbindenden Seite,

Fig. 3 eine Schnittansicht eines Tellerventils gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung, und

Fig. 4 eine Schnittansicht eines Ventilstößels gemäß noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung.

In der in Fig. 1A und 1B dargestellten Ausführungsform besteht ein mechanisches Teil aus einem aus Metall gefer tigten Träger 1, einem aus keramischem Werkstoff gefertig ten Kontaktstück 2 und einer dazwischen angeordneten Lage 3 aus einem Löt- oder Hartlötmetall. Fig. 1A zeigt das mechanische Teil vor dem Verlöten oder Hartverlöten des Kontaktstücks 2 mit dem Träger 1. Das Kontaktstück 2 ist zuvor gebrannt oder gesintert und hat zwei parallele, ebene Endflächen 2 a, 2 b, von denen die Fläche 2 a die Gleitfläche und die Fläche 2 b die Verbindungsfläche für das Verlöten mit dem Träger 1 darstellt.

Zum Verlöten oder Hartverlöten des Kontaktstücks 2 mit dem Träger 1 werden die Elemente des mechanischen Teils auf eine hohe Temperatur erhitzt und dabei in dem in Fig. 1A gezeigten Zustand zusammengehalten. Nach dem Löten oder Hartlöten kühlt dann das mechansiche Teil ab und erhält dabei die - wenn auch übertrieben - in Fig. 1B dargestellte Form.

Die in Fig. 1B dargestellte, ballige oder konvexe Gestalt der Gleitfläche 2 a ergibt sich nach Abschluß des Lötens oder Hartlötens aus den folgenden Gründen: Der keramische Werkstoff des Kontaktstücks 2 hat einen niedrigeren Wärme dehnungskoeffizienten als der Werkstoff des Trägers 1. Dadurch schrumpft der Träger 1 beim Abkühlen stärker als das Kontaktstück 2. Dementsprechend ergibt sich an der mit dem Träger 1 verbundenen Endfläche 2 b des Kontaktstücks 2 eine radial einwärts gerichtete Kompressionskraft. Während des Abkühlens erhält daher die der Endfläche 2 b gegenüber liegende Gleitfläche 2 a des Kontaktstücks 2 die in Fig. 1B gezeigte ballige oder gewölbte Form.

Im Falle eines Ventilstößels od. dergl. wird die Gleit fläche 2 a vorzugsweise so ausgebildet, daß ihr mittlerer Bereich um einige µm bis zu einigen Hundertstel mm höher ist als der Umfangsbereich. Um eine derartige Wölbung zu erzielen, liegt die größte Querabmessung W des Kontakt stücks 2 vorzugsweise im Bereich von 0,05 t bis 0,3 t, wobei t die Dicke des Kontaktstücks 2 bezeichnet. Ist die Quer abmessung W kleiner als 0,05 t, dann ist die Festigkeit des Kontaktstücks beeinträchtigt, und ist die Querabmessung W größer als 0,3 t, dann wird das Kontaktstück 2 zu steif, um sich in der gewünschten Weise zu verformen.

Bei dem in Fig. 2A und 2B gezeigten Kontaktstück 2′ läßt sich die größte Querabmessung W dagegen bis aus 0,5 t ver größern. In der für die Verbindung mit dem Träger 1 bestimmten Endfläche 2′b des Kontaktstücks 2′ ist hier eine Vertiefung 2′c ausgebildet. Diese Vertiefung 2′c begünstigt die gewünschte Verformung des Kontaktstücks 2′ beim Abkühlen. Dementsprechend kann das Kontaktstück 2′ eine größere Dicke erhalten als das Kontaktstück 2.

Der keramische Werkstoff, aus welchem die Kontaktstücke 2 und 2′ gefertigt sind, enthält vorzugsweise Siliziumnitrid oder Sialon als Grundbestandteil.

Ein in einer weiteren Ausführungsform in Fig. 3 gezeigtes Tellerventil 30 für eine Brennkraftmaschine hat einen Ventilschaft 31 aus einem hitzebständigen Stahl SUH 3 gemäß der japanischen Industrienorm, mit einem Wärme dehnungskoeffizienten von 11 × 10^-6 1/°C, ein keramisches Kontaktstück 32 aus Siliziumnitrid mit einem Wärme dehnungskoeffizienten von 3,2 × 10^-6 1/°C, und eine Zwischenlage 33 aus Silberlot. Vor dem Verlöten wird die Gleitfläche 32 a des Kontaktstücks 32 geschliffen, so daß sie eine Rauhigkeit von weniger als 2 µm erhält, worauf dann die andere Endfläche 32 b metallisiert wird. Danach wird dann das keramische Kontaktstück 32 mittels des Silberlots 33 mit dem Ventilschaft 31 verlötet. Nach dem Löten ist dann das Kontaktstück 2 derart verformt, daß der mittlere Bereich der Gleitfläche 32 a um ca. 4 µm bis 8 µm über den Umfangsbereich hervorsteht.

Ein zur Darstellung noch einer anderen Ausführungsform in Fig. 4 gezeigter Ventilstößel 40 für eine Brennkraft maschine besteht aus einem Buchsenteil 41, einem Kontakt stück 42 und einem dazwischen angeordneten Ring 43. Das Buchsenteil 41 ist aus rostfreiem Stahl mit einem Wärme dehnungskoeffizienten von 12 × 10^-6 1/°C und hat eine Länge von 50 mm, einen Außendurchmesser von 16 mm und einen Innendurchmesser von 10 mm. Das Kontaktstück 42 ist aus Siliziumnitrid mit einem Wärmedehnungskoeffizienten von 3,2 × 10^-6 1/°C und hat einen runden Boden 42 a mit einem rohrförmigen Ansatz 42 b, welcher über den Ring 43 mit dem Buchsenteil 41 zu verbinden ist. Der Boden 42 a hat einen Außendurchmesser von 25 mm und eine Stärke von 5 mm. Der Ansatz 42 b ist 5 mm lang und hat den gleichen Innen- und Außendurchmesser wie das Buchsenteil 41. Der Ring 43 ist aus einer gesinterten Hartmetallegierung mit einem Wärmedehnungskoeffizienten von 5 × 10^-6 1/°C und hat eine axiale Länge von 3 mm, während sein Innen- und Außendurch messer gleich dem des Buchsenteils 41 ist. Der Wärme dehnungskoeffizient des Rings 43 liegt somit zwischen dem des Buchsenteils 41 aus rostfreiem Stahl und dem des Kon taktstücks 42 aus Siliziumnitrid, so daß der Ring 43 sozusagen als Puffer wirksam ist, um die gegenseitige Beeinflussung des Buchsenteils 41 und des Kontaktstücks 42 beim Herstellen der Verbindung unter Anwendung von Wärme zu dämpfen. Für die Fertigstellung des Ventilstößels 40 werden das Buchsenteil 41, der Ring 43 und das Kontakt stück 42 unter Anwendung von Wärme im Diffusionsverfahren miteinander verbunden. Nach dem Herstellen der Diffusions verbindung weist die Gleitfläche 42 c des Kontaktstücks 42 eine ballige Form auf, wobei sich ihr mittlerer Bereich um etwa 7 µm bis 15 µm über den Umfangsbereich erhebt.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist zu erkennen, daß sich gemäß der Erfindung mühelos eine genau maßhaltige Gleit fläche von einer gewünschten balligen oder konvexen Form erzielen läßt, wozu es lediglich notwendig ist, die Gleit fläche im wesentlichen plan zu schleifen, bevor das Kontaktstück stoffschlüssig mit dem Träger verbunden wird.

Claims

1. Verfahren zum Ausbilden einer balligen Gleitfläche an einem Teil,
dadurch gekennzeichnet, daß man einen Träger vorbereitet,
daß man ein Kontaktstück aus einem Werkstoff bereitstellt, welcher eine hohe Verschleißfestigkeit aufweist und dessen Wärmedehnungskoeffizient kleiner ist als der des Trägers,
daß man am Kontaktstück ein Paar zueinander paralleler Endflächen ausbildet, und
daß man das Kontaktstück mit einer der Endflächen unter Anwendung von Wärme stoffschlüssig mit dem Träger verbindet, so daß die andere Endfläche beim Abkühlen des Trägers und des Kontaktstücks zu einer balligen Gestalt verformt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Träger und das Kontaktstück unter Zufuhr von Lot stoffschlüssig miteinander verbunden werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Träger und das Kontaktstück im Diffusionsverfahren stoffschlüssig miteinander verbunden werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß zum stoffschlüssigen Verbinden des Trägers mit dem Kontaktstück ein Pufferteil verwendet wird, aus einem Werkstoff, dessen Wärmedehnungskoeffizient zwi schen dem des Trägers und dem des Kontaktstücks liegt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Träger aus Metall gefertigt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß das Kontaktstück aus einem keramischen Werkstoff gefertigt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Träger aus hitzebeständigem Stahl gefertigt wird und daß das Kontaktstück aus Siliziumnitrid gefertigt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, daß der Träger aus rostfreiem Stahl gefertigt wird, daß das Kontaktstück aus Siliziumnitrid gefertigt wird und daß das Pufferteil aus einer gesinterten Hartmetallegierung gefertigt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das Kontaktstück bei seiner Fertigung eine solche Form erhält, daß seine größte Breite im Bereich zwischen 0,05 t und 0,5 t liegt, wobei t die Dicke des Kontaktstücks in mm angibt.