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Verfahren zur Herstellung eines hohlen Tellerventils mit Schaft Die
Erfindung bezieht sich auf die Herstellung hohler Ventile mit an einem Schaft sitzendem
tellerförmigem Ventilkörper, die vorzugsweise zur Verwendung bei Kraftwagen- und
Flugzeugmotoren bestimmt sind.
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Ein bekanntes Verfahren zur Herstellung solcher Ventile besteht darin,
das geschlossene Ende eines rohrförmigen Rohstücks, dessen Durchmesser kleiner als
der des Tellers und größer als der des Schaftes des herzustellenden Ventils ist,
so zu stauchen, daß es die Form eines halbkugeligen Kopfes vom Durchmesser des Rohstücks
erhält, den halbkugeligen Kopf durch Verkleinerung des Durchmessers eines anschließenden
Rohstückabschnittes zu einem Kugelkopf zu ergänzen und den-Kugelkopf durch axialen
Druck zur Tellerform zu verbreitern.
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Die Erfindung bezweckt, dieses vorbekannte Verfahren dahin zu verbessern,
daß bei gleichem Werkstoffaufwand und etwa gleichem Kraft- und Zeitaufwand für die
Bearbeitung Ventile mit größerem Durchmesser der Sitzfläche erzeugt werden können.
Das wird bei dem Verfahren gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß beim Pressen
des Rohstückendes in die Halbkugelform eine vorspringende Ringrippe gebildet wird,
welche bei der folgenden Ergänzung der Halbkugel zum Kugelkopf in der Kugelmittelebene
liegt und den Werkstoff zu einer verstärkten seitlichen Ausladung bei der Umwandlung
des Kugelkopfes in den Ventilteller durch axiale Pressung liefert. Gegebenenfalls
kann die Sitzfläche, wie an sich bekannt, durch Aufschweißen mit einem härteren
Metall bewehrt werden, das gemäß der Erfindung zugleich mit der Bildung des Ventiltellers
verformt wird.
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Die Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnung erläutert.
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Fig. i ist eine Seitenansicht eines zylindrischen Rohstückes; Fig.
2 bis 6 sind Längsschnitte, welche aufeinanderfolgende Stufen der Umformung des
Rohstücks gemäß Fig. i in ein Tellerventil veranschaulichen; Fig.7 ist eine Seitenansicht
des fertigen Tellerventils; Fig. 8 ist ein mittlerer Längsschnitt durch ein Schmiedegesenk
und veranschaulicht die Umformung des in Fig.2 dargestellten Zwischenstücks in das
in Fig. 3 dargestellte Zwischenstück; Fig.9 ist ein Längsschnitt durch ein Schmiedegesenk,
wie es zur Herstellung der Endform des tellerförmigen Ventils Anwendung finden kann;
Fig. io zeigt im Längsschnitt ein Bruchstück einer anderen Vertilform; Fig. 11,
12 und 13 sind mittlere Längsschnitte, welche einanderfolgende Herstellungsstufen
eines Tellerventils mit einer gegen Abnutzung verstärkten Sitzfläche veranschaulichen;
Fig. 14. ist eine Seitenansicht eines zylindrischen Rohstücks zur gleichzeitigen
Herstellung von zwei Tellerventilen: Fig. 15 zeigt in ihrem mittleren Teil einen
mittleren
Längsschnitt durch ein Schmiedegesenk für die erste Bearbeitung des Rohstücks der
Fig.4; Fig. 16 zeigt im mittleren Längsschnitt ein Bruchstück des Werkstücks nach
Durchführung der folgenden Bearbeitungsstufen.
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Das zylindrische Rohstück i wird mit einer blinden zentralen Längsbohrung
2 versehen, deren Boden wesentlich stärker belässen wird, als die Wandstärke des
Ventiltellers sein soll. Der nächste Verfahrensschritt besteht in der Umwandlung
des rohrförmigen Werkstücks in die in Fig. 3 dargestellte Form, die durch Hineinpressen
des geschlossenen Endes des Rohrkörpers in das geschlossene Schmiedegesenk d., 4
mittels eines Stempels 5 -erhalten wird.
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Zugleich mit der Abrundung des Stirnendes des Werkstücks wird eine
Ringrippe 7 an der Stelle gebildet, an der das halbkugelförmige Rohstiickende in
die Zylinderfläche des Rohrkörpers übergeht. Der Zweck der Ringrippe besteht darin,
aus einem Rohstück von gegebener Größe einen Ventilteller von größerem Durchmesser
zu erzeugen, als es bei dem erwähnten bekannten Verfahren möglich ist.
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Nach der Formung des geschlossenen Rohrkörperendes in dem Gesenk q.,
¢ wird der unmittelbar neben der Ringrippe 7 gelegene in Fig. 3 mit B bezeichnete
Rohrabschnitt erhitzt und einer Formgebung in einem Gesenk unterworfen, durch welche
das halbkugelige Ende des Rohrkörpers zu einem Kugelkopf ergänzt wird, welcher in
seiner Mitte die erwähnte vorspringende Rippe 7 aufweist. Diese Umformung erfolgt
durch Verringerung des -Durchmessers des Rohrkörpers in dem sich an die Rippe 7
anschließenden Teil B.
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Hierauf wird der rohrförmig gebliebene Teil des Werkstücks erhitzt
und so bearbeitet, daß sein Durchmesser bis auf die Dicke, welche der Ventilschaft
besitzen soll, herabgesetzt wird. Diese Bearbeitung kann in beliebiger Weise, z.
B. ebenfalls durch ein Schmiedegesenk, erfolgen.
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Der Kugelkopf des Werkstücks wird dann erhitzt und in seine endgültige
Form, die in Fig. 6 und 7 dargestellt ist, gestaucht. Das kann dadurch geschehen,
däß das Werkstück mit seinem Schaft zwischen Gesenkteile g, g_ eingesetzt und mit
einem beweglichen Gesenk io auf den Kugelkopf gedrückt wird.
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Das Metall der Ringrippe 7 bildet den Randteil des Ventiltellers und
trägt daher zur Vergrößerung des Durchmessers des Ventiltellers bei, welcher aus
einem Rohstück von gegebenen Abmessungen hergestellt werden kann. Die Möglichkeit
des Entstehens von Rissen oder Unregelmäßigkeiten an der Verbindungsstelle zwischen
der oberen und der unteren Ventiltellerhälfte beschränkt die Größe des Durchmessers
des aus einem Stabstück von-gegebener Größe herstellbaren Ventils. Wenn die Ringrippe
7 am Werkstück nicht vorgesehen wird, dann bedarf es z. B. eines zylindrischen Rohstücks
von .4o mm Durchmesser zur Herstellung eines Tellerventils, dessen Tellerdurchmesser
go mm betragen soll. Ein völlig einwandfreies Ventil von gleichem Tellerdurchmesser
kann dagegen mit Leichtigkeit und mit geringerem Aufwand aus einem Rohstück von
nur 25 mm Durchmesser hergestellt werden, wenn man bei der Bearbeitung des Rohstücks
die Ringrippe 7 von etwa 6 mm Dicke am Rande des Kugelkopfes des Rohstücks erzeugt,
wie sie in Fig. 3 dargestellt ist.
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Das Ventil, wie es in Fig. 6, 7 und io dargestellt ist, kann dann
in der üblichen Weise bearbeitet werden, um die Sitzfläche i i des Ventils zu bilden
und zum Angriffe eines Schraubenziehers einen Schlitz in dem Vorsprung 6 zu erzeugen.
Gewünschtenfallskann das hohle Ventil in bekannter Weise teilweise mit einem Wärmeaustauschstoff
gefüllt werden, um seine Kühlung im Betriebe zu erleichtern.
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Wie in Fig. io dargestellt ist, kann der den Schaft bildende Rohstückteil
so zusammengepreßt werden, daß die Längsbohrung im Schaft völlig verschwindet, so
daß ein hohler Ventilteller am Ende eines soviel wie vollen Schafts gebildet wird.
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Obwohl im vorstehenden eine Reihenfolge von Arbeitsvorgängen beschrieben
ist, welche bei der Ausführung des Verfahrens gemäß der Erfindung besonders zweckmäßig
sind, so besteht jedoch in der Art der einzelnen Arbeitsvorgänge eine gewisse Freiheit.
Beispielsweise kann es bei der Herstellung von Ventilen gewisser Abmessungen und
bei Verwendung bestimmter Werkstoffe zweckmäßig und auch wirtschaftlich von Vorteil
sein, ein Rohstück von der in Fig. 2 dargestellten Form zu gießen. . Es ist auch
möglich, ein Rohstück in der Form der Fig. 3 durch spanabhebende Bearbeitung herzustellen.
Im allgemeinen ist indessen die Bearbeitung durch Schmieden im Gesenk zur Erzielung
eines Werkstücks von der' in Fig. 3 dargestellten Form vorteilhafter. Das Verfahren
kann auch zur Herstellung von Ventilen Anwendung finden, deren Form von der auf
der Zeichnung dargestellten Form abweicht, und es können zur Herstellung von einstückigen
Ventilen gemäß der Erfindung auch andere Werkstoffe als Stahl benutzt werden.
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Um dem Ventil eine härtere der Abnutzung besser widerstehende Sitzfläche
zu geben, kann das in den Fig. ii bis 13 veranschaulichte Verfahren benutzt
werden. Nachdem
das in Fig. 3 dargestellte Werkstück, welches in
Fig. i i unter dem Bezugszeichen i' wieder erscheint, hergestellt ist, kann entlang
der. unteren Fläche der Ringrippe 7' und entlang. der angrenzenden zylindrischen
Fläche des, Rohrkörpers eine Ringschicht 15 aus härterem Stahl, z. B. einem
mit Kobalt o. dgl. legierten Stahl, aufgeschweißt werden. Diese angeschweißte härtere
Ringschicht wird während des Schmiedens des Ventiltellers im Durchmesser vergrößert
und bildet schließlich einen glatten Einlagering 15' an der Stelle des Ventilsitzes.
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Vorzugsweise wird deiz Ring aus härterem Metall 15' auf das
@Verkstück aufgeschweißt, nachdem der l'ugelkopf gebildet ist und der Rohrkörper
in einen Schaft umgewandelt worden ist, d; h. wenn das Werkstück die in Fig. 5 dargestellte
Form erhalten hat. Die Anschweißung des härteren Metalls bietet dann nämlich den
Vorteil, daß in diesem-Fall die Verbindungszone nur eine einmalige Beanspruchung
erfährt. Die sehr harte Sitzfläche bedarf für manche Verwendungszwecke keiner weiteren
Bearbeitung durch Schleifen. Wenn jedoch zur Erzielung größerer Genauigkeit der
Sitzfläche eine weitere Bearbeitung vorgenommen wird, dann ist diese mit geringem
Aufwand durchführbar, da nur sehr wenig Werkstoff entfernt zu werden braucht.
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Ein abgeändertes Verfahren gemäß'der Er-` findung ist in den Fig.
1d. bis 16 veranschaulicht. Das Ausgangswerkstück bildet auch hier wieder einen
zylindrischen Stab 16, dessen Durchmesser wesentlich kleiner ist als der Tellerdurchmesser
des herzustellenden Ventils. Dieser zylindrische Stab wird bei diesem abgeänderten
Verfahren zunächst in seiner :'litte zwischen Gesenken i9 einer den Stab einschnürenden
Bearbeitung unterworfen, so daß ein dünner Steg 17 entsteht. Die einander
zugekehrten halbkugeligen Flächen 2o und die Ringrippe 2 1 werden dann durch Schmieden
in Gesenken erzeugt, deren Formhöhlungen entsprechend gestaltet sind. Die gegenüberliegenden
Enden des Doppelrohstücks werden darauf ausgebohrt, wie es in strichpunktierten
Linien in Fig. 16 angedeutet ist, so daß an den durch den Steg 17 miteinander" verbundenen
Enden Wandteile verbleiben, deren Dicke ungefähr der gewünschten Wandstärke der
herzustellenden Ventilteller entspricht. Darauf werden die Teile, welche nach beiden
Enden zu sich an die Ringrippen 21 anschließen, heruntergeschmiedet, bis die halbkugeligen
Enden 20 der Hälften zu Kugel-. köpfen ergänzt sind, worauf die hohlen Stabenden
in der an Hand der Fig. 4. und 5 beschriebenen Weise in die Form von Schäften umgestaltet
werden. Nach Durchtrennen des Steges 17 erfolgt dann die Bildung des Ventiltellers
an jedem der Einzelwerkstücke. Man kann aber auch die beiden Hälften schon vorher
voneinander trennen, indem man den Steg 17 durchschneidet und auf diese Weise zwei
getrennte Werkstücke erhält, von denen jedes dem in Fig. 3 dargestellten Werkstück
im wesentlichen entspricht.