WO2018095591A1 - Fire-welded, internally cooled valve and method for the production thereof - Google Patents

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WO2018095591A1
WO2018095591A1 PCT/EP2017/068605 EP2017068605W WO2018095591A1 WO 2018095591 A1 WO2018095591 A1 WO 2018095591A1 EP 2017068605 W EP2017068605 W EP 2017068605W WO 2018095591 A1 WO2018095591 A1 WO 2018095591A1
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valve
internally cooled
semi
blank
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PCT/EP2017/068605
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Thorsten MATTHIAS
Antonius Wolking
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Federal-Mogul Valvetrain Gmbh
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    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L3/00—Lift-valve, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces; Parts or accessories thereof
    • F01L3/02—Selecting particular materials for valve-members or valve-seats; Valve-members or valve-seats composed of two or more materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21K—MAKING FORGED OR PRESSED METAL PRODUCTS, e.g. HORSE-SHOES, RIVETS, BOLTS OR WHEELS
    • B21K1/00—Making machine elements
    • B21K1/20—Making machine elements valve parts
    • B21K1/22—Making machine elements valve parts poppet valves, e.g. for internal-combustion engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L3/00—Lift-valve, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces; Parts or accessories thereof
    • F01L3/12—Cooling of valves
    • F01L3/14—Cooling of valves by means of a liquid or solid coolant, e.g. sodium, in a closed chamber in a valve
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L2303/00—Manufacturing of components used in valve arrangements

Definitions

  • the invention relates to an internally cooled valve for a reciprocating engine, such as an internal combustion engine made by forging.
  • a reciprocating engine such as an internal combustion engine made by forging.
  • the invention also relates to a method of manufacturing a forged internally cooled valve for a reciprocating engine such as an internal combustion engine.
  • the present invention relates to an internally cooled valve for a piston engine such as an internal combustion engine, in which only very small amounts of material must be removed by machining.
  • the present invention further relates to a method for producing an internally cooled Valve, comprising inserting a semi-finished valve in a die or a forging.
  • the semi-finished valve comprises a valve stem and a valve head.
  • the valve blank comprises a recess extending from the valve stem through the valve head and opening toward the valve head.
  • the valve stem is thus at least partially hollow. Thereafter, a valve bottom is inserted into the die. The bottom of the valve can cover the entire valve disc surface or cover only the opening.
  • valve bottom and the semi-finished valve in the die is fire-welded under high pressure to a valve blank.
  • the fire welding in the die of the valve plate to the open part of the recess is closed, but not compressed the cavity itself. The material is during the fire welding in the die of the valve plate to the open part of the recess. The material is during the fire welding in the die of the valve plate to the open part of the recess. The material is during the fire welding in the die of the valve plate to the open part of the recess is closed, but not compressed the cavity itself. The material is during the
  • a further embodiment of the method further comprises forging or forming a tubular or cup-shaped preform having two different nominal diameters to form a semi-finished valve product, which essentially has an outer contour of a finished valve blank.
  • Forging or molding may include deep drawing or extrusion to produce a valve stem that is at least partially hollow.
  • this further comprises introducing a coolant into the recess of the valve semi-finished product or the valve blank.
  • the semi-finished valve can be filled with the coolant before the heat-sealing of the valve cover or valve bottom, so that a further processing to fill the valve can be omitted with a coolant. This is possible if especially low
  • Forging temperatures of below 890 ° Celsius can be used. It is also possible to perform the fire welding in a semi-finished valve in which only the valve plate has been heated to a forging temperature, while the valve stem is cooled in the forging so far that the sodium coolant is not yet reached its boiling temperature.
  • Cooled valve blank in the forging or it is heated only the valve disc to the forging temperature, to prevent a filled into the cavity coolant starts to boil.
  • process steps and, above all, weak points in the later valve can be avoided.
  • a valve can be produced which has fewer joints than conventional internally cooled valves, and also makes it possible to provide a larger volume of coolant in the valve head.
  • Another embodiment of the method also includes introducing a coolant into the recess of the valve blank through an opening in the valve stem of the valve blank and closing the opening at a valve end. These steps correspond to the steps of conventional valve manufacturing.
  • closing the opening at the valve end includes welding a valve end to the valve end of the valve stem or valve stem end.
  • the valve stem of the valve semi-finished product comprises a continuous opening in the axial direction, ie forms a tube.
  • the tubular valve semi-finished product is then closed on the valve disk side by the valve cover and closed at the valve stem end by the valve end.
  • the valve end may already be provided with structures that allow to secure conical pieces to the valve end.
  • An additional embodiment of the method for producing an internally cooled valve further comprises introducing a structure at the valve end to be able to engage the valve with conical pieces.
  • the structure is usually mounted in the form of 2 to 4 circumferential grooves on the valve stem.
  • Another embodiment of the method further comprises hardening and / or
  • An additional embodiment of the method further comprises a fire-welding of a ring or a sealing surface armor in the region of a valve sealing surface. This step of fire welding can then or together with the
  • the method may include finishing an outer valve surface. Finishing can also be done by cutting
  • an internally cooled poppet valve made by any of the above methods.
  • Figures 1 to 2 show a tube and a valve blank which can be used as a starting point for the present method.
  • FIGS. 3 to 6 show a possibility of producing an internally cooled valve from a tubular valve semi-finished product.
  • FIGS. 7 to 9 show a further possibility of producing an internally cooled valve from a cup-shaped valve semi-finished product.
  • FIGS. 10 and 11 each show a sectional view through a semifinished valve product
  • FIG. 1 shows a tubular preform which can serve as a starting point for producing an internally cooled valve according to the invention.
  • the preform is shown as a piece of pipe in which a cavity or a recess 44 is located.
  • the dotted line at the bottom of the preform also shows a cup-shaped preform having a bottom which will later form a valve stem end.
  • FIG. 2 shows a valve semi-finished product in the form of a reduction or a tube with two different nominal diameters. This can be produced by widening or by forging or pressing out of the tubular or cup-shaped preform.
  • a dashed line also indicates a bottom in FIG. 2, which represents a cup-shaped preform or a valve semi-finished product.
  • FIG. 3 shows the tubular semi-finished valve product which comprises the cavity or recess 22, which extends through the entire valve semifinished product from the valve disk or valve head 20 through the valve stem 18 to the valve stem end 36. At the valve head, the valve bottom or valve cover 24 is shown. Of the
  • valve cover 24 and the valve head 30 are heated up to a forge-capable temperature.
  • Figure 4 it is shown that the valve cover 24 with the valve head 30 to a
  • Valve blank 26 has been connected, wherein the cavity 22 is closed on the valve head 20.
  • the valve stem 18 is still hollow and the cavity is open to the valve stem end.
  • Figure 5 illustrates how a coolant 32 is filled through the opening 34 at the valve stem end 36 in the cavity 22.
  • Valve stem end 38 was closed.
  • the valve stem end piece is provided with a structure, for example in the form of two grooves, so that the valve can be brought into engagement with corresponding conical pieces.
  • valve semi-finished product is cup-shaped, wherein the valve stem end 36 is closed.
  • a coolant 32 such as sodium, filled.
  • FIG. 8 shows an arrangement in which the valve-disk-side opening of the cavity is covered by a valve disk base 24.
  • an annular sealing surface armor 46 is disposed on the valve disk back.
  • the valve is already filled with the coolant before the valve bottom 24 is fire-welded to the valve head.
  • FIG. 9 shows a finished internally cooled valve, which already exists after the heat-sealing of the semifinished valve product with the valve bottom 24 as an internally cooled valve.
  • a ring made of a material having a particularly high strength was also connected to the valve head in the region of the sealing surface of the valve by means of fire welding.
  • the sealing surface of the valve disk can also be carried out in a simple manner armored. Both the valve cover 24 and the armor 46 can be fire-welded in one operation.
  • the internally cooled valve is also provided with structures 40 for engaging the valve with corresponding conical pieces.
  • Figure 10 illustrates a cross-sectional view of the step of fire welding wherein the valve blank 16 and the valve cover 24 are compressed between the forging dies 28 and 30.
  • Circumferential direction as occurs in conventional welding process, when the place moves (in the circumferential direction), where the welded joint is formed by an arc or laser.
  • FIG. 11 shows a perspective, partially cutaway view of a valve blank 26 in which the valve cover 24 is already fire-welded to the valve disk 20.
  • the cavity 22 is thus closed to the valve plate 22, but is still open through an opening 23 at the valve stem end 36.
  • the valve disk or valve head 20 and the valve stem 18 are already present in a form close to the end product.

Abstract

The invention relates to a method for producing an internally cooled valve (2). Said method comprises the steps of inserting a valve semi-finished product (16) into a die (28, 30), wherein the valve semi-finished product (16) has a valve stem (18) and a valve head (20), wherein the valve semi-finished product (16) further has a recess (22) that extends from the valve stem (18) through the valve head (20) and opens towards the valve head (20), inserting a valve bottom (24) into the die, and fire-welding the valve bottom (24) and the valve semi-finished product (16) in the die (28, 30) under high pressure to form a valve blank (26).

Description

Feuerverschweißtes innengekühltes Ventils sowie Verfahren zur Herstellung Die vorliegende Erfindung betrifft ein innengekühltes Ventil für eine Kolbenmaschine wie einen Verbrennungsmotor, das durch Schmieden hergestellt wurde. Die vorliegende  The invention relates to an internally cooled valve for a reciprocating engine, such as an internal combustion engine made by forging. The present
Erfindung betrifft ebenfalls ein Herstellungsverfahren für ein geschmiedetes innengekühltes Ventil für eine Kolbenmaschine wie einen Verbrennungsmotor. Bisher wurden Ventile und insbesondere innengekühlte Ventile durch verschiedene The invention also relates to a method of manufacturing a forged internally cooled valve for a reciprocating engine such as an internal combustion engine. So far, valves and in particular internally cooled valves by various
Verfahren, insbesondere spanend, hergestellt. Bei einer spanenden Fertigung fallen jedoch immer große Mengen an Spänen an, die nicht ohne weiteres wiederverwendet werden können. Jedes Teil Metall, das zerspant wird, muss jedoch bei der Beschaffung der  Process, in particular machining, produced. In a machining production, however, always generate large amounts of chips, which can not be readily reused. However, every part of metal that is machined needs to be procured
Halbzeuge bezahlt werden. Semi-finished products are paid.
Eine weiteres Problem bei der Herstellung von innengekühlten Ventilen ist das Herstellen und Verschließen des Hohlraumes, was insbesondere bei Schweißverbindungen zu einer großen thermischen und mechanischen Belastung führt, was zu einem Versagen der Struktur unter Betriebsbedingungen beitragen kann. Es ist daher wünschenswert, ein Herstellungs- verfahren und ein Ventil zur Verfügung zu stellen, das möglichst wenige innere Spannungen aufweist, die bei thermischem Fügen wie beispielsweise einem Schweißen immer entstehen. Another problem in the manufacture of internally cooled valves is the production and closure of the cavity, which leads to a large thermal and mechanical stress, in particular in welded joints, which can contribute to a failure of the structure under operating conditions. It is therefore desirable to provide a manufacturing method and a valve which has as few internal stresses as possible which always occur during thermal joining, such as, for example, welding.
Es ist daher wünschenswert, ein Herstellungsverfahren zur Verfügung zu haben, das es gestattet, die Menge an zerspantem Material zu verringern. It is therefore desirable to have a manufacturing process that allows to reduce the amount of machined material.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein innengekühltes Ventil für eine Kolbenmaschine wie einen Verbrennungsmotor, bei dem nur sehr geringe Mengen an Material spanend abgetragen werden müssen. The present invention relates to an internally cooled valve for a piston engine such as an internal combustion engine, in which only very small amounts of material must be removed by machining.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines innengekühlten Ventils, umfassend Einsetzen eines Ventilhalbzeugs in ein Gesenk bzw. eine Schmiedeform. Das Ventilhalbzeug umfasst einen Ventilschaft und einen Ventilkopf. Das Ventilhalbzeug umfasst eine Ausnehmung, die sich von dem Ventilschaft durch den Ventilkopf erstreckt und sich zum Ventilkopf hin öffnet. Der Ventilschaft ist damit zumindest teilweise hohl ausgeführt. Danach wird ein Ventilboden in das Gesenk eingelegt. Der Ventilboden kann dabei die gesamte Ventiltellerfläche abdecken oder auch nur die Öffnung bedecken. The present invention further relates to a method for producing an internally cooled Valve, comprising inserting a semi-finished valve in a die or a forging. The semi-finished valve comprises a valve stem and a valve head. The valve blank comprises a recess extending from the valve stem through the valve head and opening toward the valve head. The valve stem is thus at least partially hollow. Thereafter, a valve bottom is inserted into the die. The bottom of the valve can cover the entire valve disc surface or cover only the opening.
Schließlich wird der Ventilboden und des Ventilhalbzeugs in dem Gesenk unter hohem Druck zu einem Ventilrohling feuerverschweißt. Bei dem Feuerverschweißen in dem Gesenk wird der zu dem Ventil teller offene Teil der Ausnehmung verschlossen, nicht jedoch der Hohlraum selbst zusammengedrückt. Das Material befindet sich während des Finally, the valve bottom and the semi-finished valve in the die is fire-welded under high pressure to a valve blank. In the fire welding in the die of the valve plate to the open part of the recess is closed, but not compressed the cavity itself. The material is during the
Feuerverschweißens in einem erhitzten Zustand, ist jedoch nicht flüssig, sondern nur plastisch verformbar. Durch den hohen Druck in dem Gesenk bzw. der Schmiedeform wird eine dauerhafte Verbindung zwischen dem Ventilboden und dem Ventilteller erreicht.  Feuerverschweißens in a heated state, but is not liquid, but only plastically deformable. Due to the high pressure in the die or the forging a permanent connection between the valve bottom and the valve plate is achieved.
Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens umfasst weiter ein Schmieden oder Formen eines rohr- oder becherförmigen Vorformlings mit zwei verschiedenen Nennweiten zu einem Ventilhalbzeug, das im Wesentlichen eine Außenkontur eines fertigen Ventilrohlings aufweist. Das Schmieden oder Formen kann ein Tiefziehen oder ein Fließpressen umfassen, um einen Ventilschaft zu erzeugen, der zumindest teilweise hohl ist. A further embodiment of the method further comprises forging or forming a tubular or cup-shaped preform having two different nominal diameters to form a semi-finished valve product, which essentially has an outer contour of a finished valve blank. Forging or molding may include deep drawing or extrusion to produce a valve stem that is at least partially hollow.
Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens umfasst ebenfalls ein Schmieden oder Formen eines Rings oder Rohrstücks zu einem Vorformling mit zwei verschiedenen Another embodiment of the method also involves forging or forming a ring or tube into a preform having two different ones
Nennweiten oder ein Formen eines Metallstücks zu einem becherförmigen Vorformling mit zwei verschiedenen Nennweiten. Diese vorbereitenden Schritte können ebenfalls ein Nominal diameters or forming a metal piece into a cup-shaped preform with two different nominal widths. These preparatory steps can also be one
Tiefziehen oder ein Fließpressen von Metallstücken umfassen, wobei bei diesem Verfahren nahezu kein Materialverlust auftritt. Deep drawing or extrusion of metal pieces, with this process, almost no loss of material occurs.
Bei einer zusätzlichen Ausführung des Verfahrens umfasst dieses weiter ein Einbringen eines Kühlmittels in die Ausnehmung des Ventilhalbzeugs oder des Ventilrohlings. Damit kann das Ventilhalbzeug bereits vor dem Feuerverschweißen des Ventildeckels bzw. Ventilbodens mit dem Kühlmittel gefüllt werden, sodass eine weitere Bearbeitung zum Füllen des Ventils mit einem Kühlmittel entfallen kann. Dies ist möglich, wenn insbesondere niedrige In an additional embodiment of the method, this further comprises introducing a coolant into the recess of the valve semi-finished product or the valve blank. Thus, the semi-finished valve can be filled with the coolant before the heat-sealing of the valve cover or valve bottom, so that a further processing to fill the valve can be omitted with a coolant. This is possible if especially low
Schmiedetemperaturen von unterhalb von 890° Celsius verwendet werden. Es ist ebenfalls möglich, das Feuerschweißen bei einem Ventilhalbzeug durchzuführen, bei dem lediglich der Ventilteller auf eine Schmiedetemperatur erwärmt wurde, während der Ventilschaft in der Schmiedeform so weit abgekühlt wird, dass das Natrium-Kühlmittel noch nicht seine Siedetemperatur erreicht. Forging temperatures of below 890 ° Celsius can be used. It is also possible to perform the fire welding in a semi-finished valve in which only the valve plate has been heated to a forging temperature, while the valve stem is cooled in the forging so far that the sodium coolant is not yet reached its boiling temperature.
Bei einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung wird der Schaft des In a preferred embodiment of the present invention, the shaft of the
Ventilhalbzeugs in der Schmiedeform gekühlt oder es wird nur der Ventilteller auf die Schmiedetemperatur erhitzt, um zu verhindern, dass ein in den Hohlraum eingefülltes Kühlmittel anfängt zu sieden. Dadurch können Prozessschritte und vor allem Schwachstellen in dem späteren Ventil vermieden werden. So kann ohne größere technische Probleme ein Ventil hergestellt werden, das weniger Fügestellen aufweist als herkömmliche innengekühlte Ventile, und es ermöglicht zudem, ein größeres Kühlmittelvolumen in dem Ventilteller bereitzustellen. Cooled valve blank in the forging or it is heated only the valve disc to the forging temperature, to prevent a filled into the cavity coolant starts to boil. As a result, process steps and, above all, weak points in the later valve can be avoided. Thus, without major technical problems, a valve can be produced which has fewer joints than conventional internally cooled valves, and also makes it possible to provide a larger volume of coolant in the valve head.
Eine andere Ausführungsform des Verfahrens umfasst ebenfalls ein Einbringen eines Kühlmittels in die Ausnehmung des Ventilrohlings durch eine Öffnung in dem Ventilschaft des Ventilrohlings sowie ein Verschließen der Öffnung an einem Ventilende. Diese Schritte entsprechen den Schritten der herkömmlichen Ventilherstellung. Another embodiment of the method also includes introducing a coolant into the recess of the valve blank through an opening in the valve stem of the valve blank and closing the opening at a valve end. These steps correspond to the steps of conventional valve manufacturing.
Bei einer weiteren Aus führungs form des Verfahrens zum Herstellen eines innengekühlten Ventils umfasst das Verschließen der Öffnung an dem Ventilende ein Anschweißen eines Ventilendstücks an das Ventilende des Ventilschafts bzw. das Ventilschaftende. Diese Ausführung ist auf eine Ausführung gerichtet, bei der der Ventilschaft des Ventilhalbzeugs eine durchgehende Öffnung in Axialrichtung umfasst, d.h. ein Rohr bildet. Das rohrförmige Ventilhalbzeug wird dann auf der Ventiltellerseite durch den Ventildeckel verschlossen und an dem Ventilschaftende durch das Ventilendstück verschlossen. Das Ventilendstück kann bereits mit Strukturen versehen sein, die es ermöglichen, Kegelstücke an dem Ventilendstück zu befestigen. Eine zusätzliche Aus führungs form des Verfahrens zum Herstellen eines innengekühlten Ventils umfasst weiter ein Einbringen einer Struktur am Ventilende, um das Ventil mit Kegelstücken in Eingriff bringen zu können. Die Struktur wird üblicherweise in Form von 2 bis 4 umlaufenden Rillen an dem Ventilschaft angebracht. In another embodiment of the method of manufacturing an internally cooled valve, closing the opening at the valve end includes welding a valve end to the valve end of the valve stem or valve stem end. This embodiment is directed to an embodiment in which the valve stem of the valve semi-finished product comprises a continuous opening in the axial direction, ie forms a tube. The tubular valve semi-finished product is then closed on the valve disk side by the valve cover and closed at the valve stem end by the valve end. The valve end may already be provided with structures that allow to secure conical pieces to the valve end. An additional embodiment of the method for producing an internally cooled valve further comprises introducing a structure at the valve end to be able to engage the valve with conical pieces. The structure is usually mounted in the form of 2 to 4 circumferential grooves on the valve stem.
Eine andere Ausführungsform des Verfahrens umfasst weiter ein Härten und/oder Another embodiment of the method further comprises hardening and / or
Beschichten einer Ventildichtfläche. Es ist möglich, ebenfalls die Struktur am Ventilende zu härten oder mit einer Beschichtung zu versehen. Eine zusätzliche Aus führungs form des Verfahrens umfasst weiter ein Feuerverschweißen eines Ringes bzw. einer Dichtflächenpanzerung im Bereich einer Ventildichtfläche. Dieser Schritt des Feuerverschweißens kann anschließend oder zusammen mit dem Coating a valve sealing surface. It is also possible to harden or coat the structure at the valve end. An additional embodiment of the method further comprises a fire-welding of a ring or a sealing surface armor in the region of a valve sealing surface. This step of fire welding can then or together with the
Feuerverschweißen des Ventildeckels erfolgen, um eine Ventildichtfläche mit einer höheren Festigkeit zu erzielen. Heat seal the valve cover to achieve a valve sealing surface with higher strength.
Schließlich kann das Verfahren in einer weiteren Ausführungsform ein Endbearbeiten einer äußeren Ventiloberfläche umfassen. Das Endbearbeiten kann dabei auch spanende Finally, in another embodiment, the method may include finishing an outer valve surface. Finishing can also be done by cutting
Bearbeitungen umfassen. Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein innengekühltes Ventil bzw. Tellerventil bereitgestellt, das nach einem der vorstehenden Verfahren hergestellt wurde. Include edits. According to another aspect of the present invention, there is provided an internally cooled poppet valve made by any of the above methods.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von schematischen Figuren dargestellt, die nicht maßstabgerecht sind. In the following the invention is illustrated by means of schematic figures, which are not to scale.
Figuren 1 bis 2 zeigen ein Rohr und ein Ventilhalbzeug, das bzw. die als Ausgangspunkt für das vorliegende Verfahren verwendet werden kann bzw. können. Figures 1 to 2 show a tube and a valve blank which can be used as a starting point for the present method.
Figuren 3 bis 6 zeigen eine Möglichkeit, aus einem rohrförmigen Ventilhalbzeug ein innengekühltes Ventil herzustellen. Figuren 7 bis 9 zeigen eine weitere Möglichkeit, aus einem becherförmigen Ventilhalbzeug ein innengekühltes Ventil herzustellen. Figuren 10 und 11 stellen jeweils eine Schnittansicht durch ein Ventilhalbzeug beim FIGS. 3 to 6 show a possibility of producing an internally cooled valve from a tubular valve semi-finished product. FIGS. 7 to 9 show a further possibility of producing an internally cooled valve from a cup-shaped valve semi-finished product. FIGS. 10 and 11 each show a sectional view through a semifinished valve product
Feuerverschweißen und einen fertigen Ventilrohling dar. Fire welding and a finished valve blank.
Im Folgenden werden sowohl in der Beschreibung als auch in den Zeichnungen gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, um auf gleiche oder ähnliche Elemente und Hereinafter, the same or similar reference numerals are used in both the description and in the drawings to refer to the same or similar elements and
Komponenten Bezug zu nehmen. Components.
Figur 1 zeigt einen rohrförmigen Vorformling, der als Ausgangspunkt zur Herstellung eines erfindungsgemäßen innengekühlten Ventils dienen kann. Der Vorformling ist als Rohrstück dargestellt, in dem sich ein Hohlraum bzw. eine Ausnehmung 44 befindet. Durch die gestrichelte Linie unten an dem Vorformling wird ebenfalls ein becherförmiger Vorformling dargestellt, der einen Boden aufweist, der später ein Ventilschaftende bilden wird. Damit kann die Figur als Ausgangspunkt für zwei verschiedene Verfahren zur Herstellung eines innengekühlten Tellerventils dienen. Figur 2 stellt ein Ventilhalbzeug in Form einer Reduzierung bzw. eines Rohres mit zwei verschiedenen Nenndurchmessern dar. Dies kann durch Aufweiten oder durch Schmieden oder Pressen aus dem rohr- oder becherförmigen Vorformling erzeugt werden. Wie auch in Figur 1 ist auch in der Figur 2 durch die gestrichelte Linie ein Boden angedeutet, der einen becherförmigen Vorformling bzw. ein Ventilhalbzeug darstellt. FIG. 1 shows a tubular preform which can serve as a starting point for producing an internally cooled valve according to the invention. The preform is shown as a piece of pipe in which a cavity or a recess 44 is located. The dotted line at the bottom of the preform also shows a cup-shaped preform having a bottom which will later form a valve stem end. Thus, the figure can serve as a starting point for two different methods for producing an internally cooled poppet valve. FIG. 2 shows a valve semi-finished product in the form of a reduction or a tube with two different nominal diameters. This can be produced by widening or by forging or pressing out of the tubular or cup-shaped preform. As in FIG. 1, a dashed line also indicates a bottom in FIG. 2, which represents a cup-shaped preform or a valve semi-finished product.
In Figur 3 ist das rohrförmige Ventilhalbzeug dargestellt, das den Hohlraum bzw. die Ausnehmung 22 umfasst, der bzw. die sich durch das gesamte Ventilhalbzeug von dem Ventilteller bzw. Ventilkopf 20 durch den Ventilschaft 18 bis zum Ventilschaftende 36 erstreckt. Am Ventilkopf ist der Ventilboden bzw. Ventildeckel 24 dargestellt. Der FIG. 3 shows the tubular semi-finished valve product which comprises the cavity or recess 22, which extends through the entire valve semifinished product from the valve disk or valve head 20 through the valve stem 18 to the valve stem end 36. At the valve head, the valve bottom or valve cover 24 is shown. Of the
Ventildeckel und der Ventilkopf werden bis zu einer schmiedefähigen Temperatur erhitzt. In Figur 4 ist dargestellt, dass der Ventil deckel 24 mit dem Ventilkopf 30 zu einem The valve cover and the valve head are heated up to a forge-capable temperature. In Figure 4 it is shown that the valve cover 24 with the valve head 30 to a
Ventilrohling 26 verbunden wurde, wobei der Hohlraum 22 am Ventilkopf 20 verschlossen ist. Der Ventilschaft 18 ist weiterhin hohl und der Hohlraum ist zum Ventilschaftende offen. Figur 5 stellt dar, wie ein Kühlmittel 32 durch die Öffnung 34 am Ventilschaftende 36 in dem Hohlraum 22 eingefüllt wird. Valve blank 26 has been connected, wherein the cavity 22 is closed on the valve head 20. The valve stem 18 is still hollow and the cavity is open to the valve stem end. Figure 5 illustrates how a coolant 32 is filled through the opening 34 at the valve stem end 36 in the cavity 22.
In Figur 6 ist dargestellt, dass die Öffnung 34 am Ventilschaftende 36 durch ein In Figure 6 it is shown that the opening 34 at the valve stem end 36 by a
Ventilschaftendstück 38 verschlossen wurde. Das Ventilschaftendstück ist mit einer Struktur beispielsweise in Form von zwei Nuten versehen, damit das Ventil mit entsprechenden Kegelstücken in Eingriff gebracht werden kann. Valve stem end 38 was closed. The valve stem end piece is provided with a structure, for example in the form of two grooves, so that the valve can be brought into engagement with corresponding conical pieces.
In Figur 7 ist ein leicht abgewandeltes Verfahren dargestellt, wobei das Ventilhalbzeug becherförmig ist, wobei das Ventilschaftende 36 geschlossen ist. In das Ventil bzw. den Hohlraum 22 des Ventils wird ein Kühlmittel 32, wie beispielsweise Natrium, eingefüllt. In Figure 7, a slightly modified method is shown, wherein the valve semi-finished product is cup-shaped, wherein the valve stem end 36 is closed. In the valve or the cavity 22 of the valve, a coolant 32, such as sodium, filled.
Figur 8 zeigt eine Anordnung, wobei die ventiltellerseitige Öffnung des Hohlraums durch einen Ventiltellerboden 24 abgedeckt ist. Zusätzlich ist eine ringförmige Dichtflächenpanzerung 46 auf der Ventiltellerrückseite angeordnet. Im Gegensatz zu der Ausführung von Figur 3 ist das Ventil bereits mit dem Kühlmittel gefüllt, bevor der Ventilboden 24 mit dem Ventilteller feuerverschweißt wird. FIG. 8 shows an arrangement in which the valve-disk-side opening of the cavity is covered by a valve disk base 24. In addition, an annular sealing surface armor 46 is disposed on the valve disk back. In contrast to the embodiment of Figure 3, the valve is already filled with the coolant before the valve bottom 24 is fire-welded to the valve head.
Figur 9 zeigt ein fertiges innengekühltes Ventil, das bereits nach dem Feuerverschweißen des Ventilhalbzeugs mit dem Ventilboden 24 als innengekühltes Ventil vorliegt. Zusätzlich wurde ein Ring aus einem Material mit besonders hoher Festigkeit mit dem Ventilkopf im Bereich der Dichtfläche des Ventils ebenfalls durch Feuerverschweißen verbunden. Damit kann die Dichtfläche des Ventiltellers auf einfache Weise ebenfalls gepanzert ausgeführt werden. Sowohl der Ventildeckel 24 als auch die Panzerung 46 können in einem Arbeitsgang feuerverschweißt werden. Das innengekühlte Ventil ist ebenfalls mit Strukturen 40 versehen, um das Ventil mit entsprechenden Kegelstücken in Eingriff bringen zu können. Figur 10 stellt eine Schnittansicht des Schritts des Feuerverschweißens dar, wobei das Ventilhalbzeug 16 und der Ventildeckel 24 zwischen den Schmiedeformen 28 und 30 zusammengepresst werden. Sofern der Druck und die Temperatur der Schmiedeteile 16 und 24 hoch genug sind, kann eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Ventilhalbzeug 16 und dem Ventildeckel 24 erreicht werden. Das Schmieden bzw. das Feuerverschweißen kann hier viel schneller ausgeführt werden, als es bei einem konventionellen Schweiß verfahren möglich wäre. Zusätzlich entstehen bei der Verbindung keine Unterschiede in FIG. 9 shows a finished internally cooled valve, which already exists after the heat-sealing of the semifinished valve product with the valve bottom 24 as an internally cooled valve. In addition, a ring made of a material having a particularly high strength was also connected to the valve head in the region of the sealing surface of the valve by means of fire welding. Thus, the sealing surface of the valve disk can also be carried out in a simple manner armored. Both the valve cover 24 and the armor 46 can be fire-welded in one operation. The internally cooled valve is also provided with structures 40 for engaging the valve with corresponding conical pieces. Figure 10 illustrates a cross-sectional view of the step of fire welding wherein the valve blank 16 and the valve cover 24 are compressed between the forging dies 28 and 30. If the pressure and the temperature of the forgings 16 and 24 are high enough, a cohesive connection between the valve semi-finished product 16 and the valve cover 24 can be achieved. The forging or the fire-welding can be done here much faster than it would be possible in a conventional welding process. In addition, there are no differences in the connection
Umfangsrichtung, wie es bei herkömmlichen Schweiß verfahren auftritt, wenn sich der Ort (in Umfangsrichtung) bewegt, an dem die Schweißverbindung durch einen Lichtbogen oder Laser entsteht. Circumferential direction, as occurs in conventional welding process, when the place moves (in the circumferential direction), where the welded joint is formed by an arc or laser.
Figur 11 stellt eine perspektivische teilgeschnittene Ansicht auf einen Ventilrohling 26 dar, bei dem der Ventildeckel 24 bereits mit dem Ventilteller 20 feuerverschweißt ist. Der Hohlraum 22 ist damit zum Ventilteller 22 hin geschlossen, ist jedoch noch durch eine Öffnung 23 am Ventilschaftende 36 offen. Der Ventilteller bzw. Ventilkopf 20 und der Ventilschaft 18 liegen bereits in einer endproduktnahen Form vor. FIG. 11 shows a perspective, partially cutaway view of a valve blank 26 in which the valve cover 24 is already fire-welded to the valve disk 20. The cavity 22 is thus closed to the valve plate 22, but is still open through an opening 23 at the valve stem end 36. The valve disk or valve head 20 and the valve stem 18 are already present in a form close to the end product.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
2 innengekühltes Ventil 2 internally cooled valve
10 rohrförmiger Vorformling 10 tubular preform
12 becherförmiger Vorformling12 cup-shaped preform
16 Ventilhalbzeug 16 semi-finished valve
18 Ventilschaft  18 valve stem
20 Ventilkopf  20 valve head
22 Ausnehmung  22 recess
24 Ventilboden  24 valve bottom
26 Ventilrohling  26 valve blank
28 Gesenk  28 die
30 Gesenk  30 die
32 Kühlmittel  32 coolant
34 Öffnung im Ventilschaft  34 opening in the valve stem
36 Ventilschaftende  36 valve stem end
38 Ventilendstück  38 valve end piece
40 Struktur  40 structure
42 Ventildichtfläche  42 valve sealing surface
44 Boden / geschlossenes Ventilende 44 bottom / closed valve end
46 Panzerung 46 armor

Claims

Ansprüche claims
1. Verfahren zum Herstellen eines innengekühlten Ventils (2), umfassend A method of manufacturing an internally cooled valve (2) comprising
Einsetzen eines Ventilhalbzeugs (16) in ein Gesenk (28, 30),  Inserting a valve semi-finished product (16) in a die (28, 30),
wobei das Ventilhalbzeug (16) einen Ventilschaft (18) und einen Ventilkopf (20) umfasst, wobei das Ventilhalbzeug (16) eine Ausnehmung (22) umfasst, die sich von dem Ventilschaft (18) durch den Ventilkopf (20) erstreckt und sich zum Ventilkopf (20) hin öffnet,  wherein the valve semi-finished product (16) comprises a valve stem (18) and a valve head (20), wherein the valve semi-finished product (16) comprises a recess (22) extending from the valve stem (18) through the valve head (20) and extending to the Valve head (20) opens,
Einsetzen eines Ventilbodens (24) in das Gesenk, und  Inserting a valve bottom (24) in the die, and
Feuerverschweißen des Ventilbodens (24) und des Ventilhalbzeugs (16) in dem Gesenk (28, 30) unter hohem Druck zu einem Ventilrohling (26).  Fire welding the valve bottom (24) and the valve blank (16) in the die (28, 30) under high pressure to a valve blank (26).
2. Verfahren zum Herstellen eines innengekühlten Ventils nach Anspruch 1, umfassend Schmieden oder Formen eines rohr- oder becherförmigen Vorformlings (8, 10) mit zwei verschiedenen Nennweiten zu einem Ventilhalbzeug (16), das im Wesentlichen eine Außenkontur eines fertigen Ventilrohlings (26) aufweist. 2. A method for producing an internally cooled valve according to claim 1, comprising forging or forming a tubular or cup-shaped preform (8, 10) with two different nominal diameters to a valve semi-finished product (16), which has an outer contour of a finished valve blank (26) substantially ,
3. Verfahren zum Herstellen eines innengekühlten Ventils nach Anspruch 2, umfassend Schmieden oder Formen eines Rings oder Rohrstücks (4) zu einem Vorformling mit zwei verschiedenen Nennweiten (6) oder Formen eines Metallstücks (8) zu einem becherförmigen Vorformling (10) mit zwei verschiedenen Nennweiten. 3. A method of manufacturing an internally cooled valve according to claim 2, comprising forging or forming a ring or pipe section (4) into a preform having two different nominal diameters (6) or forming a metal piece (8) into a cup-shaped preform (10) having two different ones sizes.
4. Verfahren zum Herstellen eines innengekühlten Ventils gemäß einem der 4. A method for producing an internally cooled valve according to one of
vorstehenden Ansprüche, weiter umfassend:  preceding claims, further comprising:
Einbringen eines Kühlmittels (32) in die Ausnehmung (22) des Ventilhalbzeugs (16) oder des Ventilrohlings (26).  Introducing a coolant (32) in the recess (22) of the valve semi-finished product (16) or the valve blank (26).
5. Verfahren zum Herstellen eines innengekühlten Ventils gemäß einem der 5. A method for producing an internally cooled valve according to one of
vorstehenden Ansprüche, weiter umfassend:  preceding claims, further comprising:
Einbringen eines Kühlmittels (32) in die Ausnehmung (22) des Ventilrohlings durch eine Öffnung (34) in dem Ventilschaft des Ventilrohlings (26),  Introducing a coolant (32) into the recess (22) of the valve blank through an opening (34) in the valve stem of the valve blank (26),
Verschließen einer Öffnung an einem Ventilende (36).  Closing an opening at a valve end (36).
6. Verfahren zum Herstellen eines innengekühlten Ventils gemäß Anspruch 5, wobei das Verschließen der Öffnung (34) an dem Ventilende, ein Anschweißen eines Ventilendstücks (38) an das Ventil ende (36) umfasst. Verfahren zum Herstellen eines innengekühlten Ventils gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, weiter umfassend: 6. A method of manufacturing an internally cooled valve according to claim 5, wherein closing the opening (34) at the valve end comprises welding a valve end piece (38) to the valve end (36). A method of manufacturing an internally cooled valve according to any one of the preceding claims, further comprising:
Einbringen einer Struktur (40) am Ventilende, um mit Kegelstücken in Eingriff zu stehen.  Inserting a structure (40) at the valve end to engage with tapered pieces.
Verfahren zum Herstellen eines innengekühlten Ventils gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, weiter umfassend: A method of manufacturing an internally cooled valve according to any one of the preceding claims, further comprising:
Härten und/oder Beschichten einer Ventildichtfläche (42).  Hardening and / or coating a valve sealing surface (42).
Verfahren zum Herstellen eines innengekühlten Ventils gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, weiter umfassend: A method of manufacturing an internally cooled valve according to any one of the preceding claims, further comprising:
Feruerverschweißen einer Dichtfllächenpanzerung (46) mit dem Ventilhalbzeug.  Feruer welding of a sealing surface armor (46) with the semi-finished valve.
Verfahren zum Herstellen eines innengekühlten Ventils gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, weiter umfassend: A method of manufacturing an internally cooled valve according to any one of the preceding claims, further comprising:
Endbearbeiten einer äußeren Ventiloberfläche.  Finishing an outer valve surface.
11. Ventil, hergestellt nach einem der vorstehenden Verfahren. 11. Valve produced according to one of the above methods.
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