VALVE TAPPET

Abstract: 1. A valve tappet comprising a hollow stem (10, 10', 10") and a base plate (16, 16', 16") having a contact surface (30), said stem and said base plate being connected with one another along a circular ring zone (18, 18') by welding or soldering by means of an energy beam, and also comprising a shield element (22, 22', 22") arranged in the interior of said tappet, said element being located between any region of the ring zone and the region of the ring zone lying diametrally opposite thereto, characterized in that a hollow cylindrical extension (14, 14") of said base plate (16, 16', 16") is butt-jointed with said hollow stem (10, 10', 10").

Description: Ventilstössel und Verfahren zu seiner Herstellung Die Erfindung betrifft einen Ventilstössel mit einem hohlen Schaft und einem eine Lauffläche aufweisenden Bodenstück, welche längs einer Ringzone durch Schweissen oder Löten mittels eines Energiestrahls miteinander verbunden sind. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Ventilstössels. Als Energiestrahl kommt jeder für das Schweissen oder Löten hinreichend energiereiche Strahl, welcher sich mit einem definierten Querschnitt erzeugen lässt, in Frage; insbesondere wird aber ein Elektronen- oder Laserstrahl verwendet. Elektronenstrahlgeschweisste Ventilstössel der vorstehend geschilderten Art sind aus der DE-PS 27 03 015 bekannt. Beim Verbinden des hohlen Schafts mit dem Bodenstück durch Schweissen mittels eines Energiestrahls, insbe sondere eines Elektronenstrahls, treten ab und zu Schwie rigkeiten auf, die im Betrieb eines mit solchen Ventil stösseln versehenen Verbrennungsmotors zu einem Bruch eines Ventilstössels im Bereich der Schweissnaht führen können. Wählt man nämlich die Energie des Elektronen oder Laserstrahls zu nieder, so besteht die Gefahr, dass der Innenwandbereich des Ventilstösselschafts nicht mehr ein wandfrei mit dem Bodenstück verschweisst wird, was einen einen Dauerbruch begüngstigenden Kerbeffekt zur Folge hat. Ar beitet man hingegen mit einem zu energiereichen Elektronen oder Laserstrahl, so hat dies zur Folge, dass der Energie strahl, von aussen kommend, nicht nur - wie erwunscht - den gerade bearbeiteten Ringzonenbereich durchdringt, sondern auch noch auf die Innenseite des diametral gegenüberliegenden Ringzonenbereichs einwirkt und dort, sofern bereits geschweisst, zu Schädigungen führt, die ähnlich einem Kerbeffekt gleichfalls zu einem Dauerbruch führen können. Es versteht sich, dass ähnliches für das Verbinden von Schaft und Bodenstück durch Löten mittels eines Energiestrahls gilt; ein solcher wird zum Löten dann verwendet, wenn man eine Erwärmung grösserer Bereiche der beiden miteinander zu verbindenen Teile vermeiden will. Die geschilderte, mit der Verwendung eines energiereichen Elektronen- oder Laserstrahls verbundene Gefahr ist deshalb besonders störend, weil man an sich einen energiereichen Strahl vorziehen würde, da er nicht so stark fokussiert werden müsste - ein stark fokussierter Energiestrahl erfordert eine äussert genaue Positionierung z. B. des Schweissgeräts relativ zu den Werkstücken, und die ausserordentlich schmale Schweiss zone führt auch zum Entstehen verhältnismässig starker Spannungen im Material beidseits der Schweissnaht, wodurch die Bruchgefahr weiter erhöht wird. Der Erfindung lag deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Weg aufzuzeigen, wie Ventilstössel mit einem hohlen Schaft und einem damit stoffschlüssig verbundenen Bodenstück hergestellt werden können, wenn sich Schaft und Bodenstück wegen der zu treffenden Werkstoffpaarung nicht durch konventionellere Methoden wie beispielsweise Reibschweissen miteinander verbinden lassen, wobei jedoch gleichzeitig die vorstehend beschriebenen Nachteile des Verbindens unter Zuhilfenahme eines Energiestrahls vermeidbar sein sollen. Diese Aufgabe lässt sich mit Schweissen oder Löten mittels eines Energiestrahls, insbesonder mit Elektronenstrahloder Laser-Schweissen erfindungsgemäss dadurch lösen, dass im Stösselinnern ein Abschirmelement angeordnet wird, welches zwischen jedem Bereich der Ringzone, längs welcher Schaft und Bodenstück miteinander verbunden sind, und dem diesem diametral gegenüberliegenden Ringzonenbereich liegt. Dabei kommt es nur darauf an, dass dieses Abschirmelement im Augenblick des Schweissens oder Lötens verhindert, dass der die Stösselschaftwand durchdringende Energiestrahl den gegenüberliegenden Stösselbereich schädigt, d. h. erfindungsgemäss wird so vorgegangen, dass zumindest während des Schweissens oder Lötens im Stösselinnern ein Abschirmelement angeordnet wird, welches mindestens immer zwischen der momentanen Schweiss- bzw. Lötstelle und dem gegenüberliegenden Ringzonenbereich liegt und so eine Einwirkung des Energiestrahls auf diesen gegenüberliegenden Ringzonenbereich -verhindert. Bei oben offenen Ventilstösseln könnte man also daran denken, ein Abschirmelement in den Ventilstössel einzuführen und es nach Beendigung des Schweiss- bzw. Lötvorgangs wieder zu entfernen; auch könnte das Abschirmelement Bestandteil des Schafts oder Bodenstücks sein oder die Form eines regelrechten kleinen Schirms haben, der zusammen mit der Energiestrahlquelle relativ zum Ventilstössel gedreht wird. Am einfachsten ist es jedoch, wenn das Abschirmelement die Form eines die Ringzone von innen her abdeckenden Rings aufweist, wobei dieser mit dem eigentlichen Ventilstössel verschweisst bzw. verlötet sein kann. Bei Ventilstösseln mit einem oben offenen Schaft und einer im Ventilstössel liegenden Pfanne für die Abstützung einer Stösselstange kann man nun diese Pfanne gleichzeitig als Abschirmelement heranziehen, d. h. mit anderen Worten, das Abschirmelement wird als Pfanne ausgebildet und zweckmässigerweise mit der erwähnten Ringzone verschweisst bzw. verlötet. Da man das Abschirmelement vor dem Zusammensetzen von Schaft und Bodenstück in den Ventilstösselschaft einführen kann, ist es möglich und empfehlenswert, das Abschirmelement gegen die Schaftinnenwand anliegen zu lassen und die letztere mit einer das Abschirmelement übergreifenden und dieses in axialer Richtung sichernden Schulter zu versehen, so dass das Abschirmelement zwischen der Schulter und dem Bodenstück in axialer Richtung gesichert ist. Die Erfindung ermöglicht es also, stets mit einem so energiereichen Strahl zu arbeiten, dass mit Sicherheit eine grenzflächenfreie Verbindung zwischen Stösselschaft und Bodenstück entsteht, ohne dass auf der Innenseite des Stösselschafts Schädigungen durch den Energiestrahl in Rauf genommen werden müssen. Ausserdem kann nun mit einem breiteren Energiestrahl gearbeitet werden, so dass ein erfindungsgemässer Ventilstössel im Bereich der Verbindung nicht so rissgefährdet ist, wie dies Ventilstössel der in Rede stehenden Art sind, welche mit einem scharf fokussierten Energiestrahl geschweisst worden sind. Wenn gewährleistet ist, dass sich die Verbindung über die gesamte Wandstärke des Stösselschafts erstreckt, lässt sich auch eine eindeutige Ultraschallprüfung der Ventilstössel durchführen, denn sonst kann man bei einer Ultraschallprüfung nicht zwischen einem Riss und einer Stelle unterscheiden, an der lediglich nicht ganz durchgeschweisst worden ist. Die Erfindung eignet sich besonders für Ventilstössel, bei denen der Stösselschaft aus einem Einsatzstahl und das Bodenstück aus einem Werkzeugstahl oder einem Schnellarbeitsstahl besteht. Als Abschirmelement verwendet man zweckmässigerweise ein metallisches Teil. Die Erfindung eignet sich auch für Ventilstössel, bei denen ein besonders verschleiss festes Bodenstück aus einem keramischen Werkstoff, insbesondere einer der bekannten Oxidkeramiken, besteht. Ein solches Bodenstück lässt sich nämlich mit dem Schaft durch Löten verbinden, wobei zweckmässigerweise so vorgegangen wird, dass der mit dem Schaft zu verbindende Oberflächenbereich des Bodenstücks zunächst durch Bedampfen mit einer dünnen Metallschicht überzogen und dann mittels eines Energiestrahls mit dem Schaft verlötet wird. Im folgenden soll anhand dreier bevorzugter Ausführungs formen die Erfindung noch näher erläutert werden; die beiliegende Zeichnung zeigt in Figur 1 die erste Ausführungsform in Seitenansicht und teilweise im Längsschnitt; Figur 2 einen Längsschnitt durch die zweite Ausfüh rungsform; Figur 3 einen Längsschnitt durch die untere Hälfte der dritten'Ausführungsform, und in Figur 4 den Ausschnitt "A" aus Figur 3 in grösserem Massstab. Die erste Ausführungsform nach Figur 1 hat einen Schaft 10, der oben geschlossen und mit einer nicht dargestellten Kugelpfanne für die Abstützung einer Stösselstange versehen ist. Die im wesentlichen kreiszylindrisch ausgebildete Schaftwand 12 ist auf einen ebenfalls kreiszylindrischen Ansatz 14 eines tellerförmig ausgebildeten Bodenstücks 16 aufgesetzt und mit diesem Ansatz längs einer kreisringförmigen Ringzone 18 verschweisst. Erfindungsgemäss ist in den Stösselhohlraum 20 ein metallischer Schutzring 22 eingesetzt, der insbesondere ebenfalls die Gestalt eines hohlen Kreiszylinders besitzt und dicht an den Innenumfangsflächen der Schaftwand 12 und des Bodenstück-Ansatzes 14 anliegt. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung bildet die Innenseite der Schaftwand 12 eine Ringschulter 26, zwischen der und dem Bodenstück 16 der Schutzring 22 in axialer Richtung gehalten wird. Da das Bodenstück 16 eine Lauffläche 30 für einen nicht dargestellten Nocken bildet, muss dieses Bodenstück möglichst verschleissfest sein, weshalb es bevorzugt'aus einem Werkzeug- oder Schnellstahl besteht. Hingegen empfiehlt es sich aus Kostengründen, den Schaft 10 aus Einsatzstahl im Kaltfliesspressverfahren herzustellen. Zur Herstellung des in Figur 1 gezeigten Ventilstössels wird der Schutzring 22 in das Bodenstück 16 eingesetzt und dann der Schaft 10 aufgesteckt. Die Teile durchlaufen dann eine Elektronenstahl-Schweissvorrichtung, die vor der eigentlichen Schweissstation mit einer Schleuse versehen ist, um die Teile für den Schweissvorgang in ein Vakuum bringen zu können. In der Schweissstation wird ein Elektronenstrahl 40 in radialer Richtung auf die Ringzone 18 gerichtet, worauf Ventilstössel und Elektronenstrahl um die Stössellängsachse so relativ zueinander gedreht werden, dass der Elektronenstrahl 40 um den Stössel herumläuft. Erfindungsgemäss wird die Energie des Elektronenstrahls 40 so gross gewählt, dass er die Schaftwand 12 bzw. den Ansatz 14 vollständig durchdringt, nicht jedoch die doppelte Wandstärke des Schutzrings 22, so dass beim Schweissen keine Schädigung der Ringzone 18 in demjenigen Bereich auftreten kann, der der gerade bearbeiteten Schweissstelle gegenüberliegt. Auf diese Weise wird nicht nur die Ringzone 18 durchgeschweisst, sondern der Schutzring 22 wird auch noch mit dem Schaft 10 bzw. dem Bodenstück 16 ver schweisst. Die Ausführungsform nach Figur 2 weist einen oben offenen Schaft 10' auf und unterscheidet sich im übrigen von der Ausführungsform nach Figur 1 dadurch, dass als Abschirmelement eine Kugelpfanne 22' verwendet tn'.rdi, die in gleicher Weise wre der Schutzring 22 bei der Ausführungsform nach Figur 1 zwischen dem Schaft 10' und einem Bodenstück 16' gehalten und beim Verschweissen der beiden Teile 10', 16' längs einer Ringzone 18' im Bereich dieser Ringzone mit den beiden Teilen 10', 16' verschweisst wird. Bei der Ausführungsform nach den Figuren 3 und 4 soll ein mit einem hohlen Schaft 10'' zu verbindendes Bodenstück 16" aus einer Oxidkeramik bestehen, die sich durch grosse Verschleissfestigkeit auszeichnet. Ein zylindrischer Ansatz 14'' des Bodenstücks ist mindestens im Bereich seiner oberen Stirnfläche durch Bedampfen mit einer Metallschicht 52" versehen worden, so dass durch Einlegen einer Lötfolie 50'' aus geeignetem Lot mit Hilfe eines Energiestrahls wie eines Elektronen- oder Laserstrahls durch nur örtliches Erwärmen das Bodenstück 16'' mit dem metallischem Schaft 10'' verlötet werden kann. Auch bei dieser Ausführungsform ist zur Vermeidung einer Schädigung der Lötverbindung in dem der momentanen Lötstelle gegenüberliegenden Bereich ein Schutzring 22'' eingelegt, der sich durch Einlegen einer Lötfolie 54'' zumindest mit der Schaftwand 12'' verbinden lässt. Sitzt der Schutzring 22 hzw.-die Kugelpfanne 22' in radialer Richtung spielfrei im Stösselinnern, so kann das Abschirmelement als Zentrierstück beim Zusammensetzen von Schaft und Bodenstück vor dem Schweissen dienen. Die Wandstärke des Abschirmelements muss natürlich in Abhängigkeit vom verwendeten Material so gewählt werden, dass es seine Aufgabe erfüllen, d. h. verhindern kann, dass der gewählte Energiestrahl an der der momentanen Schweiss- oder Lötstelle gegenüberliegenden Stelle zu einer Schädigung führt.

Claims: A n s p r ü c h e 1. Ventilstössel mit einem hohlen Schaft und einem eine Lauf fläche aufweisenden Bodenstück, welche längs einer Ringzone durch Schweissen oder Löten mittels eines Ener giestrahls miteinander verbunden sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass im Stösselinnern ein Abschirmelement angeordnet ist, welches zwischen jedem Bereich der Ringzone und dem diesem diametral gegen überliegenden Ringzonenbereich liegt. 2. Ventilstössel nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Abschirmelement die Form eines die Ringzone von innen her abdeckenden Rings aufweist, welcher insbesondere ein Zentrierelement von Schaft und Bodenstück bildet. 3. Ventilstössel nach Anspruch 1, mit einem oben offenen Schaft und einer Pfanne für die Abstützung einer Stös selstange, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Abschirmelement als Pfanne ausgebildet ist. 4. Ventilstössel nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e.t, dass die Pfanne mit der Ringzone verschweisst bzw. verlötet ist. 5. Ventilstössel nach einem oder mehreren der vorstehen den Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Abschirmelement gegen die Schaftinnen wand anliegt und letztere mit einer das Abschirmele ment übergreifenden und dieses in axialer Richtung sichernden Schulter versehen ist. 6. Ventilstössel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Bodenstück aus einem keramischen Werkstoff, insbesondere aus einer Oxidkeramik, besteht, das mit dem Schaft verlötet ist. 7. Verfahren zur Herstellung eines Ventilstössels, welcher einen hohlen Schaft und ein eine Lauffläche bildendes Bodenstück aufweist, die längs einer Ring zone durch Schweissen oder Löten mittels eines Ener giestrahls miteinander verbunden werden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass zumindest während des Schweissens bzw. Lötens im Stösselinnern ein Abschirmele ment angeordnet wird, das jeweils zwischen der momentanen Schweiss- bzw. Lötstelle und dem dieser diametral ge genüberliegenden Ringzonenbereich liegt und so eine Einwirkung des Energiestrahls auf den der momentanen Schweiss- bzw. Lötstelle gegenüberliegenden Ringzone bereich verhindert. 8. Verfahren nach Anspruch 7 zur Herstellung eines Ven tilstössels nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e ich ne t, dass die Oxidkeramik des Bo denstücks vor dem Löten im Bereich der Ringzone metalli siert wird.

Inventors: PFIZ, MANFRED, ING. GRAD., WIZEMANN, KURT
Applicants: J. WIZEMANN GMBH & CO.
Application year: 1981
Main classification: F01L1
IPC codes: F01L1