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Verbinden von Ventiltellern mit ihren Spindeln durch Warmpressen.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von Ventiltellern mit ihren Spindeln
durch Warmpressen, bei dem die Ventilteller gleichzeitig ihre äußere Form erhalten.
Solche Verfahren sind an sich bekannt. Die Erfindung besteht darin, daß die Ventilspindel
beim Festpressen des Ventiltellers so gestützt wird, daß sie sich in ihrer Längsrichtung
nach beiden Seiten frei ausdehnen kann; ferner darin, daß der Ventilteller abgekühlt
wird, noch ehe die Ventilspindel sich durch Wärmeübergang von dem erhitzten Ventilteller
aus erwärmen kann.
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Zweckmäßig wird die Abkühlung der miteinander verbundenen Ventilteile
derart vorgenommen, daß zunächst der Spindelschaft allein gekühlt wird, und daß
die Abschrekkung des Ventiltellers erfolgt, wenn dieser sich von selbst bis auf
eine bestimmte Temperaturgrenze abgekühlt hat.
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Ferner empfiehlt es sich, die Pressung auf dem Ventilteller so stark
zu wählen, daß eine Längsstreckung des von dem Teller umschlossenen Teiles der Ventilspindel
stattfindet. Hierbei bildet sich eine Einschnürung der Spindel, die den festen Sitz
des Tellers begünstigt.
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Gegenstand der Erfindung ist auch ein Gesenk zur Ausübung des Verfahrens.
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Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur
Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung dargestellt, und es zeigen Abb.
i einen senkrechten Schnitt durch ein Paar von Gesenken in der zum Bearbeiten des
Ventiltellerarbeitsstückes zwecks Befestigens dieses an der Spindel geeigneten Lage
und Abb. 2 bis d. der Abb. i ähnliche Schnitte durch die Gesenke, wobei der untere
Teil des Untergesenkes fortgelassen worden ist und die einzelnen Abbildungen weitere
Arbeitsstufen bei der Herstellung des Ventiles darstellen.
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Gemäß der Erfindung wird ein unteres Gesenk i und ein Obergelenk 2
verwendet, und in dem Untergelenk i ist eine Aussparung 3 vorgesehen, die derart
geformt ist, daß, wenn das Obergelenk 2 abwärts in diese Aussparung bis zur Grenze
seiner Abwärtsbewegung hineingepreßt worden ist, derjenige Teil der Gelenkaussparung,
welcher unterhalb des Obergelenkes liegt, die Größe und Gestalt des durch die Gesenke
zu schmiedenden Ventiltellers hat. Das untere Gesenk weist eine von der Mitte der
Aussparung abwärts sich erstreckende Bohrung .4 auf, und diese Boh-. rung hat einen
solchen Durchmesser, daß die fertig bearbeitete Ventilspindel 5 Gleitsitz in ihr
hat. Die Länge der die Ventilspindel aufnehmenden Aussparung ist so gewählt, daß,
wenn die Ventilspindel eingeführt worden ist, ihr oberes, mit Nuten 6 versehenes
Ende innerhalb der Aussparung des Untergesenkes liegt. Die Ventilspindel muß, bevor
sie in das Gelenk eingeführt wird, vollständig fertig bearbeitet sein, um sämtliche
Vorzüge des Verfahrens gemäß der Erfindung ausnutzen zu können.
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Der auf das genutete Ende der Spindel aufzupressende Teller kann aiiiangs
irgendeine
gewünschte Gestalt aufweisen, solange iti ihm eine üffnung
vorgesehen ist, derea Durchmesser größer als das genutete Ende der Spindel ist.
Die einfachste und billigste ' Form des Arbeitsstückes ist eine dicke Scheibe mit
einer in der Mitte vorgesehenen Aussparung, wie eine solche in Abb. i niit ; bezeich:iet
ist. Die Aussparung dieser Scheibe 7 ist bei 8 angedeutet. Das Arbeitsstück besteht
aus Stahl oder irgendeiner Art von Eisen oder Gußeisen, falls ein gußeiserner Teller
erwünscht ist.
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Die Ventilspindel wird kalt, und zwar zweckmäßig bei Zimmertemperatur,
in das Gesenk eingeführt. Das Arbeitsstück für den Kegel dagegen wird hoch, und
zwar zweckmaßig" auf Schweißtemperatur, erhitzt. `achdein die Spindel in das Untergesenk
eingeführt worden ist, wird das Tellerarbeitsstück in der aus Abb. i ersichtlichen
Weise in die Gesenkaussparung gelegt, wobei alsdann das mit kingnu (en i erselie@,e
obere Ende der Ventilspindel innerhalb der Aussparung des Tellerarbeitsstückes liegt.
Das Ober-#resenk wird alsdann abwärts bewegt. Die erste Stufe der Gegeneinanderbewegung
der iTesenke ist aus z ersichtuch, und (las Arbeitsstück nimmt im wesentlichen die
Gestalt des fertigen Tellers an, wobei nur verhältnismäßig kleine- leere Räume in
der Atissparüng, und zwr hauptsachlich die Nuten der Spindel, frei bleiben, die
noch mit Material angefüllt werden müssen. In der nächstfolgeiiuea Arbeitsstufe
bewegt sich das Gesenk abwurts in die in Abb. 3 dargestellte Lage, und in -diesem
Arbeitsgang wird die Aussparung des Untergesenices vollständig j und auch die Nuten
in der Ventilspindel bis zum Grunde mit dem Tellermetall ausgefüllt.
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Das Verfahren kann an dieser Stelle unterbrochen oder weiter durchgeführt
werden, um i den aus Abb. d. ersichtlichen Zustand zu erzielen.
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Wird, nachdem die in Abb. 3 veranschaulichte Arbeitsstufe erreicht
worden ist, das Obergesenk weiter abwärts bewegt, so muß, da keine Räume mehr mit
Metall anzufüllen sind, durch diese Abwärtsbewegung das \letall in der Aussparung
zusammengedrückt werden. Sobald der Druck hierbei genügend groß ist, wird in dem
mit Nuten versehenen Teil der Spindel eine Einschnür ung erzeugt, so daß dieser
Teil nahe der oberen und unteren Fläche des Ventiltellers einen größeren Durchmesser
aufweist als zwischen diesen Flächen. Das ganze Verfahren wird derart schnell durchgeführt,
daß die Spindel sich nicht erhitzen kann, und die Bildung der Einschnürung ist somit
auf kaltes Ziehen der Spindel zurückzuführen.
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Obgleich das Ziehen des Metalls der Ventilpindel zwecks Bildens der
Einschnürung für zweckmäßig erachtet wird, darf dieses Verfahren nicht zu weit durchgeführt
werden, cla andernfalls unerwünschte Spannungen entstehen können.
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In Anbetracht dessen, daß das Metall der Spindel während der Bildung
"der Einschniirung in deren Längsrichtung fließen muß, wird die Spindel selbst mit
ihrem unteren Ende zweckm<.ßig von einem nachgiebigen Träger gehalten, so daß
die Spindel während des z iehverfahr ens nach abwärts nachgeben kann. Bei dem dargestellten
Ausführungsbeispiel ruht das untere Ende der Ventilspindel auf einem Block 9, der
seinerseits wieder auf einer Schraubenfeder io liegt. Die Schraubenfeder io wird
durch einen im Boden des Untergesenkes durch Gewinde befestigten einstellbaren Stöpsel
i i getragen. Die Teile c9 und i i sind zweckmäßig mit achsialen Bohrungen 12 und
13 versehen, durch welche eine Stange hindurchgeführt werden kann, um (las Nentil
am Enge des Herstellungsverfahrens auszustoßen.
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In der Unterfläche des Obergesenkes 2 ist eine mittlere Aussparung
14 vorgesehen, deren Durchmesser - etwas größer als der Durchmesser der Ventilspindel,
ist, so daß die Spindel oberhalb der Oberfläche des Kopfstückes sich erstrecken
kann, ohne mit dein Obergesenk in Berührung zu kommen. Um Gewähr dafür zu leisten,
daß das obere Ende der Spindel sich nicht über die Oberfläche des Tellers des fertigen
Ventiles erstreckt, kann in der Aussparung 14 ein Kolben 15 untergebracht werden.
Hinter dein Kolben 15 liegt eine Feder 16 größerer Spannung als die Feder io. -
Das untere Ende des Kolbens liegt bündig mit der Unterfläche des Obergesenkes und
hat einen kleineren Durchmesser als -die Ventilspindel. Die Spindel kann sich mithin
sowohl aufwärts als abwärts ausdehnen und sich nicht verzerren, weil sie während
der letzien Phase des Bildens der Einschnürung hierzu keine Gelegenheit hat.
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Ein wesentlicher Faktor für die Erzielung guter Ergebnisse ist das
Kühlen des Ventils, sobald es fertiggestellt ist. Es ist eine bekannte Tatsache,
daß die Ausdehnung und Zusammenziehung eines 'Metalls beim Erhitzen und Abkühlen
in keinem konstanten Verhältnis pro Grad der Temperaturerhöhung und -verringerung
ist, sondern daß der Betrag der Zusammenziehung oder Ausdehnung etwa zwischen 15
und 37o° C am größten ist. Wenn der Ventilteller heiß ist, etwa eine Temperatur
von 75o° C hat, und die Ventilspindel nur =etwa eine Temperatur von i.-0 C hat und
in diesem Augenblick der Gesenkdruck ausgeübt Wird,- so leuchtet- es ein, (Maß,
wenn das Ventil . aus - dem.- Gesenk
herausge:iommen wird und sich
langsam auf normale Temperatur abkühlen kann, eine iIertragung der Wärme von dem
Teller auf die Spindel erfolgt, bis beide eine annähernd gleiche Temperatur von
etwa 316' C haben. Bei dieser Erwärmung dehnt sich die Ventilspindel beträchtlich
aus, so daß nach dem Ausgleich der Temperatur zwischen der Spindel und dem Ventilteller
beide sich im gleichen Verhältnis abkühlen und schrumpfen werden. -Mit anderen Worten
wird alsdann die Wirkung des Schrumpfens des Ventiltellers für die gute Vereinigung
mit der Ventilspindel nicht ausgenutzt. Kann jedoch der Teller abgekühlt werden,
bevor die Spindel heiß wird, so erfolgt ein Schrumpfen des Tellers, ohne daß ein
entsprechendes Schrumpfen der Spindel stattfindet. Ein anderer Faktor, der zu berücksichtigen
ist, ist der, daß verschiedene Metalle an einem bestimmten, unter dem Ausdruck Dilatationspunkt
bekannten Punkte beim Abkühlen von einer hohen Temperatur sich für eine gewisse
7eit ausdehnen, anstatt sich weiter zusammenzuziehen. Wird ein Ventilteller, wenn
:eine Temperatur den Dilatationspunkt erreicht, plötzlich durch Abschrecken in einer
kälteren Flüssigkeit abgekühlt, so ergibt sich, daß der Teller lose auf der Spindel
sitzt. Die Ventilteller müssen daher abgekühlt werden, oliie daß die Ventilspindeln
erhitzt werden, bis ihre Temperatur unterhalb des Dilatationspunk'tes gefallen ist,
`vorauf sie alsdann plötzlich durch Abschrecken abgekühlt werden können. Die Ventile
werden daher aus dem Gesenk herausgenommen, wenn der Ventilteller noch rotglühend
und die Ventilspindel noch kalt genug ist, um sie mit nackten Hinden zu erfassen,
worauf die Spindel in fließendes Wasser eingetaucht wird, welches die Wärme so schnell
abführt, wie sie von dem Teller auf die Spindel übertragen wird. Nachdem der Teller
genügend kühl geworden ist, wird das Ventil in ein geeignetes Bad eingetaucht, durch
welches der Teller schnell abgekühlt und zweckmäßig gehärtet wird. Durch diese Art
der Kühlung wird nicht nur eine starre Verbindung zwischen dem Teller und der Ventilspindel
gewährleistet, sondern es werden auch Brüche und Verzerrungen der Ventile und ein
zu hohes Erhärten vermieden, welch letzteres zuweilen vorkommt, wenn die Ventile
durch sofortiges Abschrecken nach der Entfernung aus den Gesenken zu plötzlich abgekühlt
werden.
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Wie bereits oben angegeben, können die Arbeitsstücke für die Ventilteller
aus irgendeinem geeigneten Metall und selbst aus Gußeisen hergestellt werden. Wird
Gußeisen verwendet, so können die Arbeitsstücke sofort in Formen gegossen werden,
die denen des fertigen Tellers ähnlicher sind, als wenn die Arbeitsstücke als flache
Platten ausgestanzt sind. Durch den hohen Druck, welchem das Gußeisen bei dem Schmiedeverfahren
unterworfen wird, scheinen in gewissem Sinne die gleichen Ergebnisse erzielt zu
werden wie beim Paddel- und Quetschverfahren, durch «-elches Gußeisen in Schmiedeeisen
umgewandelt wird, denn die Eigentümlichkeiten des Uetalles des fertigen Ventiltellers
sind vollständig abweichend von denen des Gußeisens.