DE970590C - Verfahren zum Aufbringen einer metallischen Auflage auf Ventilkegel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen metallischer Auflagen auf Ventilkegel. Derartige Auflagen werden vorgesehen, um den Schaft und den Teller des Ventilkegels an der Sitzfläche gegen Verschleiß, Korrosion und Oxydation zu schützen. Es ist bereits vorgeschlagen worden, die genannten Teile durch Hartverchromen zu schützen; befriedigende Ergebnisse konnten aber durch dieses Verfahren nicht erzielt werden. Es ist ferner bekannt, auf die Sitzfläche einen Werkstoff mit den gewünschten Eigenschaften, aufzuschweißen. Ein derartiges Aufschweißen ist aber umständlich und zeitraubend und erfordert außerdem eine große handwerkliche Geschicklichkeit des Schweißers. Desgleichen machte dieses Verfahren eine nachträgliche spanabhebende Bearbeitung in nicht unerheblichem Maße erforderlich. Ganz abgesehen davon, daß in vielen Fällen auch ein Verziehen des Ventilkegels oder dessen Teller eintritt und ihn dadurch völlig unbrauchbar macht.

Die Nachteile der bekannten Verfahren sollen durch das Verfahren gemäß der Erfindung vermieden werden. Darüber hinaus soll erreicht werden, daß weitgehend Freiheit in der Wahl des aufzutragenden Werkstoffs erzielt wird in dem Sinne, daß Werkstoffe, die an sich die gewünschten mechanischen und chemischen Eigenschaften aufweisen, sich aber nicht aufschweißen lassen, ohne Schwierigkeiten für den angegebenen Zweck verwendet werden können.

Das Verfahren gemäß der Erfindung zum Aufbringen einer metallischen Auflage auf Ventilkegel besteht darin, daß der aufzubringende Werkstoff in Form eines geschlossenen Ringes auf den mit der Auflage zu versehenden Ventilkegel aufgelegt und mittels einer den Ring umfassenden Induktionsspule erhitzt wird. Das Erhitzen kann entweder bis zur Schweißtemperatur getrieben werden oder aber bis" zum Niederschmelzen des aufzutragenden Werkstoffes. Das Verfahren beruht auf der Er-

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kenntnis, daß ein in der beschriebenen Weise aufgelegter geschlossener Ring aus dem aufzutragenden Werkstoff unter Einwirkung der Induktionsströme sich sehr viel stärker erwärmt als der Körper, auf den der Werkstoff aufzutragen ist. Der Ring übt eine gewisse elektrische Schirmwirkung gegenüber dem Träger werkstoff aus und eilt mithin in der Temperatur des sich ebenfalls, aber nur langsamer erwärmenden Trägerwerkstoffes voraus. Es wird ίο auf diese Weise schließlich ein Zustand erreicht, bei welchem der aufzutragende Werkstoff eine Temperatur aufweist, bei der er mit der hocherhitzten Unterlage verschweißt oder sich im Niederschmelzen mit dieser Unterlage verbindet. iS Die hohe Temperatur des Trägerkörpers spielt für die Erzielung der gewünschten Haftung eine wesentliche Rolle.

Es ist zwar bereits schon vorgeschlagen worden, Ventilkegel dadurch mit einem Auftragswerkstoff zu versehen, daß ein Ring aus diesem Werkstoff geformt wird und dieser mittels des elektrischen Widerstandsschweißverfahrens an dem Ventilkegel befestigt wird,. Bei. diesem Verfahren läßt es sich aber nicht vermeiden, daß auch der Ventilkegel selbst erhebliche Temperaturen annimmt und sich aus diesem Grunde häufig verzieht. Dieser Nachteil wird durch das erfindungsgemäße Verfahren aus den oben, dargelegten Gründen vermieden.

Des weiteren ist es bekannt, Ringe, welche auf einen Kern aufgeschrumpft werden sollen oder aber welche von dem Kern, auf den sie bereits aufgeschrumpft sind, gelöst werden sollen, mittels des Induktionsverfahrens zu erwärmen. Bei diesem Verfahren kommt es jedoch darauf an, daß ein Verschweißen der beiden Werkstückteile mit Sicherheit vermieden wird. Schon aus diesem Grunde wird dafür gesorgt, daß die Temperatur der Teile so hoch nicht werden kann, daß ein Verziehen derselben eintritt. Beim vorgeschlagenen Verfahren handelt es sich aber um einen Schweißprozeß, und es war nicht vorherzusehen, daß die Abschirmwirkung des aufzuschweißenden Ringes so groß sein würde, daß die an der Grenze der beiden Teile entstehende Temperatur zwar zum Verschweißen ausreicht, daß aber dennoch kein Verziehen der Teile eintritt. Dies ist nach den Erkenntnissen, der Erfinder darauf zurückzuführen, daß einerseits die Temperatur des Ringes derjenigen des Ventilkegels erheblich vorauseilt, daß es aber dennoch andererseits möglich ist, die Temperatur beider Teile so schnell zu steigern, daß ein Verschweißen eintritt, bevor noch die Wärme Gelegenheit hat, bis auf nennenswerte Tiefe in das Werkstück einzudringen. Die Temperaturen für den Ring einerseits und für den Trägerwerkstoff andererseits können in einfacher Weise durch Wahl der elektrischen Kopplung, der aufgewendeten Energie und der Frequenz in Anpassung an den jeweilig verwendeten Werkstoff eingestellt werden.

Der geschlossene Ring wird vorzugsweise als Drahtring oder Blechring hergestellt, wobei insbesondere der Blechring auch die Form einer Kappe annehmen kann, die sich mehr oder minder der Form anpaßt, die der Trägerkörper aufweist. Werkstoffe, die sich zu Drähten oder Blechen nicht formen lassen, können in der Form von Sinterringen verwendet werden., wobei der nach an sich bekannten Methoden gesinterte Werkstoff bereits eine Legierung oder einen Stahl darstellen kann oder aber auch aus gepreßtem und gesintertem Pulver besteht, das sich beim Niederschmelzen während des Auftragsvorganges erst legiert. Es ist auf diese Weise möglich, sich weitgehend frei zu machen von den Verarbeitungsmöglichkeiten des aufzutragenden Werkstoffes. Es kann vielmehr in weitem Umfange der aufzutragende Werkstoff bzw. seine Zusammensetzung ausschließlich mit Rücksicht auf die chemischen Eigenschaften gewählt werden, die in der aufzutragenden Schicht erwünscht sind. In vielen Fällen, so insbesondere bei Ventilkegeln, werden vornehmlich verschleißfeste und/oder zunderfeste bzw. korrosionsfeste Stähle verwendet werden·.

Als besonders zweckmäßig hat es sich- erwiesen, während des Erwärmens und/oder des Niederschmelzens eine neutrale oder reduzierende Atmosphäre aufrechtzuerhalten, die beispielsweise dadurch erzeugt werden kann, daß Leuchtgas aufgeleitet wird. Selbstverständlich sind aber auch andere Gase oder Gasgemische mit den genannten go Eigenschaften als Schutzgas verwendbar. Die Verwendung-eines Schutzgases verbürgt in besonderem Maße die Entstehung einer festhaftenden und oxydfreien Auflage. Darüber hinaus ergibt sich bei der Ausführungsform des Verfahrens, bei welcher der Werkstoff niedergeschmolzen wird, der Vorteil, da'ß sich unter Einwirkung des Schutzgases eine eigenartige Wirkung der Oberflächenspannung zeigt, die verhindert, daß die Schmelze von dem Trägerkörper abläuft.

Bei der Ausübung des Verfahrens.in der Weise, daß der Ring auf Schweißhitze und damit in den teigig-plastischen Zustand versetzt wird, kann vorteilhafterweise der aufzutragende Werkstoff auf den zu überziehenden Körper formgebend aufgepreßt werden. Hierzu läßt sich beispielsweise ein Graphitstempel verwenden. Es ist naturgemäß auch möglich, den Werkstoff niederzuschmelzen und ihn alsdann während des Erstarrens in sinngemäß ähnlicher Weise formgebend zu pressen. Durch diese Maßnahmen wird erreicht, daß nur eine geringe spangebende Bearbeitung der aufgetragenen Schicht erforderlich ist.

Der zu überziehende Körper, insbesondere ein Ventilkegel, kann auch mit dem aufgelegten Ring in eine nichtmetallische, von der Induktionsspule umschlossene Form eingesetzt werden, worauf der Ring niedergeschmolzen wird. Anschließend kann gegebenenfalls die erstarrende Auflage formgebend aufgepreßt werden.

Selbstverständlich sind auch andere Anordnungen der einzelnen Teile für die Durchführung des Verfahrens möglich, ohne daß dadurch vom Grundgedanken der Erfindung abgewichen würde. In jedem Falle hat es sich aber als zweckmäßig erwiesen, während des Erhitzens und/oder Schmel-

zens den Körper, der mit dem Überzug versehen werden soll, mitsamt dem aufgelegten Ring innerhalb der Spule axial umlaufen zu lassen, um sicherzustellen, daß keine vorzeitige Temperaturüberhöhung oder gar ein Schmelzfluß an einer besonderen Stelle erzielt wird., sondern die Temperatur sowohl im Ring als auch im Trägerkörper gleichmäßig verteilt wird.

Ein besonderer Vorzug des Verfahrens gemäß

ίο der Erfindung stellt die große Freiheit in der Wahl des aufzutragenden Werkstoffes dar. Die aufgetragene Schicht kann aus Metallen, Metallegierungen, Stählen, stahlartigen Legierungen, Hartmetallen, Stelliten od¹. dgl. bestehen. Es können sowohl Werkstoffe verwendet werden, die bisher für diese Zwecke nicht benutzt wurden, weil sie sich mit einem Schweißbrenner od. dgl. nicht auftragen ließen, oder auch solche Legierungen, die man bisher bereits für Aufschweißzwecke verwendet hat.

Ventilkegel, die gemäß der Erfindung hergestellt sind, haben sich als besonders widerstandsfähig für den Gebrauch selbst in Hochleistungsverbrennungsmotoren erwiesen.

Zur Durchführung des Verfahrens können verschiedenartige Anordnungen getroffen werden. Für die Behandlung von Ventilkegeln hat es sich als besonders zweckmäßig erwiesen, einen einendig geschlossenen Zylinder oder eine Auflageplatte aus keramischem Werkstoff als Träger für den zu behandelnden Ventilkegel vorzusehen. Der keramische Trägerkörper ist ferner hierbei von einem Zylinder umschlossen, der die Zu- und Ableitung für das Schutzgas oder zum mindesten einen Anschluß aufweist, mit dem der Zylinder und damit der Raum, in welchem sich der zu behandelnde Ventilkegel befindet, evakuiert werden kann. Es hat sich nämlich gezeigt, daß das Aufschmelzen nicht nur unter Schutzgas durchgeführt werden kann, obwohl dies im allgemeinen der einfachste Weg sein wird, sondern daß das Verfahren auch im Vakuum durchgeführt werden kann.

Der keramische Zylinder, der als Träger für den Ventilkegel dient, kann verhältnismäßig niedrig sein und soll nur eine Wärmestrahlung verhindern und darüber hinaus sicherstellen, daß der zu behandelnde Ventilkegel gut gehalten wird und daß der niederschmelzende aufzutragende Werkstoff nicht vom Kegel abfließt. In vielen. Fällen wird es ausreichen, den Träger als Auflageplatte auszubilden, der keinen oder keinen nennenswerten Randaufweist.

Für den äußeren Zylinder der Vorrichtung wird ebenfalls vorzugsweise keramischer Werkstoff verwendet, und zwar ist es besonders zweckmäßig, ihn aus Quarz oder Glas herzustellen, weil auf diese Weise die Möglichkeit gegeben ist, den Aufschmelzoder Aufschweißvorgang von außen zu beobachten, so daß bei irgendwelchen Unregelmäßigkeiten auf Grund der Beobachtung unmittelbar eingegriffen werden kann. Es ist aber auch möglich, den äußeren Zylinder aus unmagnetischem, metallischem Werkstoff herzustellen, wobei dem Zylinder gegebenenfalls die Form eines in Achsrichtung geschlitzten Rohres gegeben wird, um Wirbelströme und damit unerwünschte Erwärmung in dem zylindrischen Körper zu vermeiden. Der Schlitz kann durch einen nichtmetallischen Stoff, beispielsweise einen Kunststoff irgendwelcher Art, geschlossen sein, um zu vermeiden, daß das Schutzgas längs des Schlitzes austreten kann.

Die Induktionsspule, die im Bereich des Ventilkegeltellers bzw. im Bereich des aufgelegten Ringes aus dem aufzutragenden Werkstoff anzuordnen ist, kann entweder außerhalb des äußeren Zylinders vorgesehen sein oder innerhalb des äußeren Zylinders, in welch letzterem Falle die Spule den Träger bzw. den zu behandelnden Ventilkegel unmittelbar umgibt. Bei der Anordnung der Induktionsspule außerhalb des äußeren Zylinders muß zwar mit einer schlechteren elektrischen Kopplung gerechnet werden, andererseits aber kann der Innenraum des Zylinders klein gehalten werden, so daß mit geringeren Schutzgasmengen gearbeitet werden kann. Wenn die Spule sich innerhalb des äußeren Zylinders befindet, ergibt sich eine bessere elektrische Kopplung, der Innenraum des Zylinders muß indes größer sein, so daß mit verhältnismäßig großen Gasmengen gearbeitet werden muß. Bei geringer Gasmenge im Zylinder kann der fertige Ventilkegel ohne weiteres ausgestoßen werden, wobei überschüssiges Schutzgas gefahrlos abbrennt, ohne die mit der Vorrichtung arbeitenden Personen zu belästigen.

Der äußere Zylinder mit dem darin befindlichen Träger für das zu behandelnde Ventil wird ferner vorteilhafterweise drehbar angeordnet, und zwar derart,, daß ein Umlauf der Vorrichtung innerhalb der Induktionsspule möglich ist. Die Zu- und Ableitungen an diem Zylinder können ohne weiteres so too ausgebildet werden, daiß sie eine freie axiale Drehung ermöglichen.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung kann in den verschiedensten Richtungen ausgestaltet werden, ohne daß dadurch eine Abweichung vom Grundgedanken der Erfindung gegeben wäre. So ist es beispielsweise ohne 'weiteres möglich, in dem Zylinder auch· den Stempel vorzusehen, der das Aufpressen des aufzutragenden Werkstoffes vornimmt, es ist aber auch möglich, die Einrichtung so zu treffen, daß dieser Stempel von außen eingeführt, wird, nach dem die Kappe des Zylinders gelöst worden ist. Es ist ferner ohne weiteres ersichtlich, daß Einrichtungen getroffen werden können, die ein voll- oder halbselbsttätiges Einführen und Auswerfen der zu behandelnden Ventilkegel gestattet, und es ist ferner möglich, die Einrichtung mit Mitteln zu verbinden, die die Werkstücke selbsttätig heranbringen und abführen.

Claims (10)

1. Patentansprüche:

   i. Verfahren zum Aufbringen einer metalllischen Auflage auf Ventilkegel unter Verwendung eines Ringes aus dem Panzerwerkstoff, dadurch gekennzeichnet, daß der aus ver-

   schleißfestem und/oder zunderfestem bzw. korrosionsfestem Stahl bestehende Ring auf den Ventilteller aufgelegt und alsdann mittels einer den Ring umfassenden Induktionsspule unter Vorauseilung der Temperatur im Ring gegenüber der Temperatur im Ventilteller so hoch erhitzt wird, daß der Ring am Ventilteller anschweißt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß während des Erwärmens und/ oder Niederschmelzens eine neutrale oder reduzierende Atmosphäre beispielsweise durch Aufleiten von Leuchtgas aufrechterhalten wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring in den teigig-plastischen Zustand versetzt und mit einem Stempel, beispielsweise aus Graphit, auf den zu überziehenden Körper formgebend aufgepreßt wird¹.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkegel mit aufgelegtem Ring in eine nichtmetallische, von der Induktionsspule umschlossene Form eingesetzt, der Ring niedergeschmolzen und die erstarrende Auflage gegebenenfalls formgebend angepreßt wird.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkegel während des Erhkzens axial umläuft.
6. 6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen einendig geschlossenen Zylinder oder eine Auflageplatte aus keramischem Werkstoff als Träger für den Ventilkegel und einen den Träger umschließenden Zylinder mit Zu- und Ableitung für das Schutzgas oder mit einem Anschluß zur Evakuierung des Zylinders.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet.durch einen äußeren Zylinder aus keramischem Werkstoff, vorzugsweise aus Quarz oder Glas.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen äußeren Zylinder aus unmagnetischem, metallischem Werkstoff, gegebenenfalls in Form eines in Achsrichtung geschlitzten Rohres.
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 6 bis' 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionsspule den äußeren Zylinder umschließt oder innerhalb des äußeren Zylinders den Träger bzw. den zu behandelnden Ventilkegel unmittelbar umgebend angeordnet ist.
10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 6 bis 9, gekennzeichnet durch drehbare Anordnung des äußeren Zylinders mit dem darin befindlichen Träger für das, zu behandelndte Ventil zum Zwecke eines Umlaufes innerhalb der Induktionsspule.

    In Betracht gezogene Druckschriften:

    Deutsche Patentschriften Nr. 529694, 723621; - französische Patentschrift Nr. 896 560;

    USA.-Patentschrift Nr. 1 554997;

    Metallwirtschaft, 21. 9. 1938, S. 1036;

    Journal Royal Aeronautical Society, Nr. 38, i934> S. 337 bis 339·