KR20140145083A

KR20140145083A - 빌트 중공 밸브 제작 방법

Info

Publication number: KR20140145083A
Application number: KR20140070708A
Authority: KR
Inventors: 피터 크루스; 크리스토프 루벤; 알렉산더 뮐러; 알렉산더 퍽
Original assignee: 말레 인터내셔널 게엠베하
Priority date: 2013-06-11
Filing date: 2014-06-11
Publication date: 2014-12-22
Also published as: JP2014240654A; US20140360452A1; CN104227241A; US9382820B2; DE102013210899A1

Abstract

본 발명은, 밸브 스템(2), 밸브 콘(3) 및 밸브 바닥(4)을 포함하는, 내연기관의 빌트 중공 밸브(1)를 제작하는 방법에 관한 것으로서,
a.) 밸브 콘(3)은 압력 끼워맞춤으로 중공 밸브(1)의 밸브 스템(2) 위에 가압되며,
b.) 밸브 콘(3)은 레이저 빔/전자 빔(7)에 의해 밸브 스템(2)에 용접되고, 상기 용접 공정은 밸브 콘(3)의 그 다음 테스트 표면(9) 영역에서 외측 표면(6)이 용융되지 않도록 수행된다.

Description

빌트 중공 밸브 제작 방법{METHOD FOR PRODUCING A BUILT HOLLOW VALVE}

본 발명은 빌트 중공 밸브를 제작하는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 방법에 따라 제작된 중공 밸브에 관한 것이다.

DE 198 04 053 A1로부터, 벽 두께 대 스템 직경의 비율이 1:3 미만인 내연기관 용도의 경량 구성 밸브가 알려져 있다. 이는 밸브 헤드(valve head)의 변형을 최소화시킨다. 이 경우, 한 실시예에 따르면, 밸브 콘(valve cone)이 형성되어 밸브 스템(valve stem)에 일체형으로 용접되고, 또 다른 실시예에 따르면, 용접 연결부에 의해 밸브 스템에 용접된다.

DE 10 2004 010 309 A1로부터, 중공 밸브 스템 및 밸브 디스크(valve disc)를 가진 추가적인 중공 밸브가 알려져 있는데, 밸브 콘은 밸브 스템에 용접되고 밸브 바닥(valve bottom)에 용접된다.

점차 제기되는 안전 요구성을 충족시키기 위하여, 밸브 콘이 밸브 스템으로 변환(transition)되는 지점에 위치된 테스트 표면(testing surface)을 생성하기 위해 빌트 중공 밸브(built hollow valve)가 제공될 필요가 있는데, 상기 테스트 표면을 통해 가령 예컨대 빌트 중공 밸브는 초음파에 의해 품질 테스트를 받을 수 있다. 테스트 표면은 한편으로는 부드러워야 하며 다른 한편으로는 상당히 커서 용접 심(weld seam) 깊이가 전체적으로 덮을 수 있어야 한다. 밸브 콘과 밸브 스템이 함께 용접될 때, 지금까지는 단지 불규칙적인 용접 심 경로(course)만이 구현될 수 있어서 이에 따라 용접 심을 신뢰성 있게 재생 가능하도록 테스트하는 것이 불가능하거나 오직 매우 어려운 상황 하에서만 가능하다.

따라서, 본 발명의 목적은, 빌트 중공 밸브를 제작하기 위한 방법을 기술하고, 상기 빌트 중공 밸브에 의해 중공 밸브가 제작될 수 있어서 제작 공정에서 문제없이 요구되는 품질 테스트를 견뎌낼 수 있게 하는 데 관한 문제를 해결하는 데 있다.

본 발명에 따르면, 상기 문제는 독립항의 주제에 의해 해결된다. 바람직한 실시예들은 종속항들의 주제이다.

본 발명은, 밸브 스템, 밸브 콘 및 밸브 바닥을 포함하며 밸브 콘이 밸브 스템에 용접될 때 밸브 콘의 외측 표면이 용융되지 않도록 내연기관의 빌트 중공 밸브를 제작하는 일반적인 개념에 기초하며, 이 경우, 추가로 처리되어야 할 필요가 없으며 최적으로 구성되는 테스트 표면은 중공 밸브를 테스트하기에 충분한 품질 상태 준비가 된다. 본 발명에 따른 방법을 이용하면, 밸브 콘은 초기에 압력 끼워맞춤(press fit)으로 중공 밸브의 밸브 스템 위에 가압되며, 그 후, 밸브 콘은 밸브 콘의 외측 표면이 용융되지 않도록 예컨대 레이저에 의해 밸브 스템에 용접된다. 이를 위하여, 밸브 스템을 밸브 콘에 용접하는 동안, 레이저는 레이저의 레이저 빔이 밸브 스템의 축에 대해 α＜25°의 각도를 이루도록 고정된다. 이와 같이 레이저를 밸브 스템에 대해 상대적으로 평평하게 고정시키는 공정을 통해, 밸브 콘이 외측 표면 위에서 용융되는 것이 방지될 수 있으며, 이로 인해, 추후의 테스트 표면이 손상되지 않는다. 최근까지는, 특히 밸브 콘을 밸브 스템 위에 쉽게 가압할 수 있도록 하기 위하여 종래의 중공 밸브를 제작할 때, 밸브 스템과 밸브 콘 사이에 헐거운 끼워맞춤(clearance fit)이 제공되어 왔다. 하지만, 상기 공정 동안에 형성되는 틈(gap)을 통해, 안전한 용접을 보장할 수 있도록 하기 위해 레이저 빔은 밸브 스템의 축에 대해 더 큰 각도로부터 시작되어야 한다. 또한, 밸브 스템의 축에 대한 레이저 빔의 각도가 더 커지면, 밸브 콘의 외측 표면이 용융하게 되고, 그 결과, 부드러운 테스트 표면들을 형성하는 것이 더 이상 가능하지 않게 된다. 반대로, 본 발명에 따른 방법을 이용하면, 밸브 스템의 외주(circumference) 주위로 균일하게 배열된(running) 용접 심(weld seam)이 형성될 수 있으며, 이와 동시에, 특히, 미국에서 요구되는 테스트를 위해 필요로 하게 되는 테스트 표면이 유지될 수 있다.

본 발명에 따른 해결책의 추가적인 바람직한 개선예를 이용하면, 본 발명에 따라, 금속에 의해 제작된 용접 심은 초음파(ultrasound)에 의해 계속하여 테스트될 수 있다. 제작된 용접 심을 테스트하면, 제작된 중공 밸브의 품질을 테스트할 수 있게 되며, 이에 따라, 중공 밸브는 최고 품질 표준을 유지할 수 있게 된다. 특히, 본 발명에 따른 방법을 통해 폭 a ≥ 0.5 mm의 테스트 표면이 구현될 수 있으며, 이는 재생 가능한 품질 테스트를 실행하기 위해 반드시 필요하다.

본 발명의 추가로 중요한 특징 및 이점들은 종속항, 도면 및 도면을 참조하여 기술한 도면 설명으로부터 얻어진다.

하기에서 설명되고 위에서 언급한 특징들은 각각 서로 조합되어 사용될 수 있을 뿐 아니라 본 발명의 범위를 벗어나지 않고도 자체적으로 혹은 그 외의 다른 조합으로 사용될 수 있다는 사실을 이해해야 한다.

본 발명의 바람직한 대표 실시예들이 도면에 도시되어 있으며 밑에서 보다 상세하게 설명되어 있는데, 여기서 동일한 도면부호들은 동일하거나 유사하거나 혹은 기능적으로 똑같은 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 제작 공정 동안의 본 발명에 따른 중공 밸브를 개략적으로 나타낸 도면이고,
도 2는 밸브 콘과 밸브 스템 사이의 압력 끼워맞춤을 설명하기 위해 본 발명에 따른 중공 밸브를 분해하여 도시한 도면이다.

도 1에 따르면, 그 외의 경우에는 도시되지 않는 내연기관의 빌트 중공 밸브(1)를 제작하기 위한 방법이 도시되는데, 중공 밸브(1)는 밸브 스템(2), 밸브 콘(3) 및 밸브 바닥(4)을 포함한다. 이 경우, 밸브 콘(3)은 압력 끼워맞춤(press fit)으로 밸브 스템(2) 위로 눌러지거나 가압되며, 그 뒤에, 레이저(5)에 의해 밸브 스템(2)에 용접되는데, 여기서, 용접 공정은 밸브 콘(3)의 외측 표면(6)이 절대 용융되지 않도록 수행된다. 이 경우에, 밸브 콘(3)의 외측 표면(6)의 압력 끼워맞춤은 밸브 콘(3)의 외측 표면(6)에 구현되는 것으로 의미하여야 한다. 이에 따라, 용접 공정 동안, 레이저(5)의 레이저 빔/전자 빔(7)은 밸브 스템(2)의 축(8)에 대해 α＜25°의 각도, 바람직하게는 심지어 α＜20°의 각도를 이룬다. 밸브 콘(3)을 밸브 스템(2) 위에 가압하기 전에, 단계 a.)가 수행되는데, 가령, 예를 들어, 밸브 스템(2)은 밸브 바닥(4)에 용접될 수 있다. 이 경우, 밸브 스템(2)이 밸브 바닥(4)과 일체형으로 배열되는 것도 고려할 수 있음은 자명하다. 밸브 스템(2)을 밸브 콘(3)에 용접한 후에, 에지 쪽 위에서 밸브 콘(3)을 밸브 바닥(4)에 용접하는 공정이 통상적으로 수행된다.

이 경우, 한편으로는, 밸브 스템(2)과 다른 한편으로 밸브 콘(3) 사이의 압력 끼워맞춤의 크기는 통상 0.02 mm 내지 0.11 mm 사이이다. 따라서, 도 2에 따르면, 밸브 스템(2)의 외측 직경(d_a)은 밸브 콘(3)의 내측 직경(d_i)보다 약 0.02 mm 내지 0.11 mm 더 클 것이다.

본 발명에 따른 방법을 통해, 최적화되고 부드러운 테스트 표면(testing surface)이 밸브 콘(3)의 외측 표면(6) 위에 추가로 생성될 수 있으며, 상기 테스트 표면의 폭 또는 축방향 깊이(a)의 크기는 0.5 mm 이상이고 최대 1.5 mm이다. 여기서, 축방향 깊이(a)는 레이저 빔(7)에 의해 형성된 용접 심(10)의 축방향 깊이보다 더 길어야 하며, 용접 심의 축방향 깊이는 완전히 덮히며(covered) 가령, 예컨대, 초음파 테스트 장치(11)에 의해 테스트될 수 있다.

본 발명에 따른 방법을 통해, 대칭으로 형성되는 용접 심(10)이 형성될 수 있다. 밸브 스템(2)의 축(8)과 레이저 빔/전자 빔(7) 사이의 예각을 통해, 테스트 표면(9), 즉 상기 영역에서 외측 표면(6)은 손상되지 않은 상태로 유지되며(remains unimpaired), 이에 따라 추후의 품질 테스트, 특히, 초음파 테스트를 위해 최적으로 준비된다.

밸브 콘(3)과 밸브 스템(2) 사이의 압력 끼워맞춤을 통해, 어떠한 틈(gap)도 생성되지 않는데, 이에 따라 현저하게 더 큰 레이저 빔(7)의 각도(α)가 요구된다. 압력 끼워맞춤을 통해, 레이저(5)를 밸브 스템(2)의 축(8)에 대해 상당히 평평하게 고정시킬 수 있고, 그럼에도 불구하고, 고품질의 용접 심(10)을 형성할 수 있다. 이와 동시에, 레이저 빔(7)의 평평한 전자 빔이 테스트 표면(9) 영역에서 밸브 콘(3)이 용융되는 것을 방지하며, 이에 따라 본 발명에 따른 중공 밸브(1)를 제작한 후에, 테스트 표면(9)이 추가로 작업되거나 준비되지 않고도, 초음파 테스트 장치(11)에 의한 초음파 테스트가 직접적으로 수행된다. 본 발명에 따른 방법을 이용하면, 중공 밸브(1)를 고품질로 제작하고 재생 가능하게 제작할 수 있다.

Claims

밸브 스템(2), 밸브 콘(3) 및 밸브 바닥(4)을 포함하는, 내연기관의 빌트 중공 밸브(1)를 제작하는 방법에 있어서,
a.) 밸브 콘(3)은 압력 끼워맞춤으로 중공 밸브(1)의 밸브 스템(2) 위에 가압되며,
b.) 밸브 콘(3)은 레이저 빔/전자 빔(7)에 의해 밸브 스템(2)에 용접되고, 상기 용접 공정은 밸브 콘(3)의 그 다음 테스트 표면(9) 영역에서 외측 표면(6)이 용융되지 않도록 수행되는, 빌트 중공 밸브(1) 제작 방법.
제1항에 있어서,
용접 공정 동안, 레이저(5)의 레이저 빔(7)은 밸브 스템(2)의 축(8)에 대해 α＜25°의 각도를 이루는 것을 특징으로 하는 빌트 중공 밸브(1) 제작 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
레이저(5)에 의해 형성된 용접 심(10)은 초음파에 의해 테스트되는 것을 특징으로 하는 빌트 중공 밸브(1) 제작 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
단계 a.) 전에, 밸브 스템(2)은 밸브 바닥(4)에 용접되는 것을 특징으로 하는 빌트 중공 밸브(1) 제작 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
단계 b.) 전에, 밸브 콘(3)은 밸브 바닥(4)에 용접되는 것을 특징으로 하는 빌트 중공 밸브(1) 제작 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 제작된 중공 밸브(1)에 있어서,
밸브 스템(2)과 밸브 콘(3) 사이의 압력 끼워맞춤의 크기는 통상 0.02 mm 내지 0.11 mm 사이인 것을 특징으로 하는 중공 밸브(1).
제6항에 있어서,
밸브 스템(2)의 축(8)과 레이저 빔(7) 사이의 각도의 크기는 α＜25°인 것을 특징으로 하는 중공 밸브(1).
제6항 또는 제7항에 있어서,
밸브 콘(3)과 밸브 스템(2) 사이에서 용접 심(10)은 대칭인 것을 특징으로 하는 중공 밸브(1).
제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
테스트 표면(9)은 0.5 mm ≤ a ≤ 1.5 mm 축방향 깊이의 폭을 가지는 것을 특징으로 하는 중공 밸브(1).