Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herstellung eines gebauten Ventils mit Hohlschaft für Hubkolbenmaschinen nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, wie es beispielsweise aus der älteren Patentanmeldung der Anmelderin gemäß der nicht vorveröffentlichten DE 100 29 299 Al als bekannt her- vorgeht.

In der DE 100 29 299 Al werden verschiedene bauliche Gestal- tungen von gebauten Hohlschaftventilen unter Schutz ge- stellt, wobei diese Schrift auch auf die Herstellungsverfah- ren der vorgestellten Ventilbauarten eingeht. Gemeinsam im Hinblick auf das Hohlschaftventil nach der älteren Patentan- meldung und dem nach der vorliegenden Erfindung herzustel- lenden Hohlschaftventil ist, dass das Ventil mit einem mas- siven Ventilteller mit durchgehender Mittenöffnung zur Auf- nahme des tellerseitigen Endes des Ventilschaftes versehen ist, dass der aus einem Rohrstück gebildete Ventilschaft seinerseits am Außenumfang einen die Einstecktiefe des Ven- tilschaftes in die Mittenöffnung begrenzenden achssenkrech- ten Bund oder eine ringförmige Anlagefläche aufweist und an seinem tellerseitigen Ende an der brennraumseitigen Begren- zungskontur der Mittenöffnung-diese formschlüssig über- greifend und/oder ausfüllend-aufgeweitet und verschlossen ist und dass der hohle Ventilschaft auch am tellerfernen En- de geschlossen ist. Bei der Herstellung eines solchen Hohl- schaftventils wird nach der o. g. Druckschrift-ausgehend

von einem rohrförmigen Ventilschaft-Rohling-zunächst der tiefenbegrenzende achssenkrechte Bund am Außenumfang des Schaftrohlings erzeugt. Im Verlauf des Herstellungsverfah- rens wird auch das tellerferne Ende des Ventilschaftes ver- schlossen, indem dort ein Ventilendstück in das Rohr einge- setzt und an ihm festgeschweißt wird, was vor oder nach dem Fügen des Ventiltellers erfolgen kann. Zum Fügen des Ventil- tellers wird der am tellerseitigen Ende noch rohrförmig of- fene, aus einem schweißbaren Werkstoff bestehende Ventil- schaft axial in die Mittenöffnung des Ventiltellers bis zum Anliegen der Schulter eingesteckt und das an der Brennraum- seite des Teller überstehende Rohrende aufgeweitet und durch einen eingeschweißten Füllkörper gasdicht verschlossen, wo- bei die Rohraufweitung durch den Füllkörper in ihrer Form stabilisiert wird.

Vorteilhaft an dem gebauten, aus der nicht vorveröffentlich- ten DE 100 29 299 AI bekannten Hohlschaftventil ist das ge- ringe Gewicht des Ventils, welches zum einen durch den hoh- len Ventilschaft und zum anderen dadurch bedingt ist, dass thermisch und/oder tribologisch hoch belastbare Leichtbau- werkstoffe, insbesondere Keramik oder Titanaluminid, für den Ventilteller verwendet werden können. Nachteilig an dem be- kannten Ventil ist jedoch, dass für das Schließen des tel- lerseitigen und des tellerfernen Endes des rohrförmigen Schaftes ein gesondertes Füllstück verwendet werden muss, was eine gesonderte Fertigung der Füllstücke und überdies jeweils einen entsprechenden Fügevorgang erfordert. Nachtei- lig ist ferner, dass der Hohlschaft erst nach dem Fügen des Ventiltellers am tellerseitigen Ende geschlossen werden kann, und zwar in sofern, als hier das Fügen von verschiede- nen Bauteilen zu einem mehrteiligen Werkstück einerseits und das Fertigstellen eines der Bauteile andererseits in einem Arbeitsvorgang miteinander verquickt sind. Eine Endkontrolle aller vollständig fertig gestellten Einzelteile vor dem Fü- gen ist nicht möglich. Im Falle von Ausschuss des erst beim Fügen fertig gestellten Einzelteils müsste das gesamte,

mehrteilig zusammengesetzte Werkstück verworfen werden. Dies macht nicht nur die Endkontrolle des Werkstückes kompli- ziert, sondern verteuert auch die Fertigung.

Über die eingangs genannte Druckschrift hinaus zeigt auch die EP 296 619 Al ein gebautes Ventil mit Hohlschaft, dessen bau- liche Komponenten aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen.

Der rohrförmige Ventilschaft besteht vorzugsweise aus Chrom- Molybdän-Stahl und ist am tellerfernen Ende mit einem geson- derten Schaftendstück aus Keramik oder aus einem temperatur- beständigen martensitischen Stahl verschlossen. Der Ventil- teller, der bevorzugt aus der intermetallischen Phase Titan- aluminid bestehen soll, kann durch Präzisionsgießen herge- stellt werden. Der fertige Ventilteller ist oberseitig mit einer Sacklochbohrung zur Aufnahme des tellerseitigen Schaft- endes versehen. Durch Aufschrumpfen, kalt Einpressen, Löten oder durch eine Kombinationen dieser Verbindungstechniken kann der Ventilschaft in der Sacklochbohrung befestigt sein.

In einem dort zeichnerisch dargestellten Fall ist die Leibung der Sacklochbohrung außerdem gewellt ausgebildet, wobei die endseitige Wandung des Schaftrohres unter dem Einfluss von Druck und örtlicher Erwärmung aufgeweitet werden und sich da- bei formschlüssig in die bohrungsseitigen Wellen einlegen soll. Bei dem. gebauten Hohlschaftventil nach der EP 296 619 AI ist zwar kein gesondertes Füllstück zum Verschließen des tellerseitigen Endes des rohrförmigen Ventilschaftes erfor- derlich, jedoch steht dem der wesentlich gravierende Nachteil gegenüber, dass die Verbindung zwischen Ventilschaft und Ven- tilteller unter den sowohl in thermischer als auch in mecha- nischer Hinsicht erheblichen statischen und dynamischen Be- lastungen nicht ausreichend haltbar ist.

Die DE 197 14 753 AI zeigt das Warmumformen eines Rohrendes zu einem geschlossenen Behälterboden in Form eines Rotation- sellipsoids im Fließrollverfahren. Dabei wird das endseitig auf Schmiedetemperatur erwärmte Rohr in eine drehantreibbare Halterung eingespannt, deren Rotationsachse konzentrisch zur

Rohrachse liegt. In axialer Gegenüberstellung zum rotieren- den Rohrende ist ein rotierendes und rotationssymmetrisch ausgebildetes Schmiedewerkzeug vorgesehen, dessen Rotations- achse zwar parallel zur Rotationsachse des Rohres aber ex- zentrisch zu ihr angeordnet ist. Die schüsselförmige, form- gebende Oberfläche des Schmiedewerkzeugs entspricht im radi- al äußeren Bereich dem Meridianquerschnitt des zu formenden Behälterbodens. Die Exzentrizität der Rotationsachsen von Werkstück und Werkzeug ist so gewählt, dass der Außenrand der formgebenden Oberfläche des Schmiedewerkzeuges und der Außenrand des Rohres an einer Umfangsstelle, die in Richtung der Exzentrizität liegt, auf einer gemeinsamen Mantellinie liegen. Zum Umformen des erwärmten Rohrendes werden Werk- stück und Werkzeug in der Weise drehangetrieben, dass die sich momentan berührenden Bereiche von Werkstück und Werk- zeug in gleicher Richtung und mit etwa der gleichen Ge- schwindigkeit umlaufen. Durch eine axiale Annäherung des er- wärmten Rohrendes an die formgebende Oberfläche des Schmie- dewerkzeuges wird die erwärmte Wandung des Rohrendes radial nach innen gebördelt, wobei im Umformprozess reibungsbedingt eine weitere Erwärmung des Rohrendes eintritt. Die radial in Richtung zur Rohrmitte hin umgebördelte Rohrwandung wird in Umfangsrichtung gestaucht und nimmt dadurch an Wandstärke zu. Durch anhaltenden Axialvorschub kann der Bördelvorgang so weit fortgesetzt werden, bis der radial nach innen abge- drängte Rohrwandungsrand sich in der Rohrmitte schließt, wo- bei er aufgrund der Prozesswärme gasdicht verschweißt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, das gattungsgemäß zugrundegelegte Herstellungsverfahren dahingehend zu verbes- sern, dass das Hohlschaftventil noch rationeller hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird bei Zugrundelegung des gattungsgemäßen Herstellungsverfahrens erfindungsgemäß durch die kennzeich- nenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst.

Danach wird der rohrförmige Schaftrohling zumindest an dem tellerseitigen Ende durch an sich bekannte rotationssymmet- rische Umformverfahren unter Bildung eines Steckzapfens ver- schlossen, wobei kein gesondertes Füllstück erforderlich ist. Vielmehr wird der für das Verschließen des Rohrendes erforderliche Werkstoff durch Anstauchen oder Umbördeln der Wandung des Schaftrohres aus dem Rohrwerkstoff selber"ge- holt", d. h. axial und/oder radial nach innen abgedrängt, was durch kostengünstige Umformverfahren wie z. B. das Fließrol- len oder das Rundkneten auf hochrationelle Weise geschieht.

Erst nach dem Aufstecken des Ventiltellers auf den solcher- art verschlossenen Ventilschaft wird das an der Brennraum- seite des Ventiltellers überstehende Ende des Ventilschaftes in die dortige Ansenkung der Mittenöffnung zurückgestaucht und so der Ventilschaft formschlüssig mit dem Ventilteller verbunden. Aufgrund des Wegfalls eines Herstellungsvorganges für einen Verschlusskörper und eines entsprechenden Fügevor- ganges und aufgrund des Einsatzes der in dieser Anwendung neuartigen, kostengünstigen Umformverfahren wird eine effek- tive und preiswerte Fertigung für das gebaute Hohlschaft- ventil erreicht.

Wenn das Fließrollen im Warmzustand durchgeführt wird-im Umformprozess erwärmt sich der Werkstoff reibungsbedingt selber noch zusätzlich-, schweiß der radial zum Rotations- zentrum abgedrängte, auf Schweißwärme erwärmte Werkstoff im Zentrum gasdicht zusammen, wobei es stirnseitig zu einer Wandverdickung kommt. Beim Kaltumformen wird zwar nicht in jedem Fall ein gasdichter Verschluss erzielt, jedoch ist die so erzielte Dichtheit an einem Ende es Ventilschaftes für den normalen Motorbetrieb ausreichend. Nur im Fall einer Füllung des Hohlschaftes mit einem Kühlmedium ist ein gas- dichter Verschluss an beiden Ventilschaftenden erforderlich.

Bei einem kalt umgeformten und endseitig verschlossenen Ven- tilschaft würde eine punktförmige, endseitige Schmelz- schweißung zur Absicherung der Gasdichtheit genügen.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteransprüchen entnommen werden ; im übrigen ist die Erfin- dung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausfüh- rungsbeispieles nachfolgend noch erläutert ; dabei zeigen : Fig. la bis li eine neunteilige Bilderfolge der verschiede- nen Phasen eines ersten Ausführungsbeispieles eines Verfahrens zur Herstellung von gebauten Hohlschaft- ventilen, wobei alle Detailformen des Ventilschafts, insbesondere auch der Bund daran im Fließrollverfah- ren angeformt werden, Fig. 2a bis 2e eine fünfteilige Bilderfolge der verschiede- nen Phasen eines zweiten Verfahrensbeispieles, wobei die Darstellung jedoch auf die Herstellung des Hohl- schaftes beschränkt ist und wobei der Bund daran durch zerspanende Formgebung erzeugt wird, Fig. 3a bis 3e ebenfalls eine fünfteilige Bilderfolge der verschiedenen Phasen eines dritten Verfahrensbeispie- les, wobei der Bund an dem Hohlschaft durch Auf- schweißen einer Rohrmanschette erzeugt wird, und Fig. 4a bis 4e eine fünfteilige Bilderfolge der verschiede- nen Phasen eines vierten Ausführungsbeispieles eines Verfahrens zur Herstellung von gebauten Hohlschaft- ventilen, wobei der zunächst rohrförmige Ventilschaft am tellerseitigen Ende durch Stauchen und Rundkneten verschlossen und dort ein massiver Aufsteckzapfen er- zeugt wird.

Übereinstimmend bei den vier zeichnerisch angedeuteten Aus- führungsbeispielen für ein Verfahren zur Herstellung eines gebauten Hohlschaftventils für Hubkolbenmaschinen sind zu- nächst gewisse bauliche Gesaltungsmerkmale des gebauten Ven- tils selber. Und zwar ist das Ventil 1, 1'bzw. 1"mit einem Ventilteller 3,3'bzw. 3"mit durchgehender Mittenöffnung 4, 4', 4"zur Aufnahme des tellerseitigen Endes des hohlen Ven-

tilschaftes 2, 2', 2", 2"'versehen, welcher in vier ver- schiedenen Ausführungsbeispielen gezeigt ist. Bei der Her- stellung des hohlen Ventilschaftes wird an diesem außenseitig zunächst ein die Einstecktiefe des Ventilschaftes in die Mit- tenöffnung begrenzender achssenkrechter Bund 7, 7', 7", 7"' oder eine ringförmige Anlagefläche angeformt. Am tellerseiti- gen oder brennraumseitigen Ende und auch am tellerfernen Ende ist der hohle Ventilschaft unter Bildung eines Steckzapfens 17, 17', 17", 17"'verschlossen. Nach dem Einstecken des Ven- tilschaftes in die Mittenöffnung 4, 4', 4"des Ventiltellers wird das brennraumseitig überstehende Ende des Ventilschaftes durch einen Umformvorgang aufgeweitet, wobei die sich nach unten erweiternde, brennraumseitige Begrenzungskontur 6 der Mittenöffnung 4,4', 4"durch die Anstauchung 8,8'des Ven- tilschaftendes formschlüssig ausgefüllt wird.

Um das Hohlschaftventil besonders rationell herstellen zu können, wird erfindungsgemäß in allen vier Vefahrensvarianten ein an sich bekanntes rotationssymmetrisch wirksames Umform- verfahren-insbesondere Fließrollen oder Rundkneten-zur Umformung des Ventilschaftrohlings eingesetzt. Übereinstim- mender Gedanke aller zeicherisch angedeuteten Verfahren ist, dass der rohrförmige Schaftrohling 13, 13'im Einzelzustand, d. h. vor dem Fügen des Ventiltellers auf den Ventilschaft, zunächst zumindest am tellerseitigen Ende, vorzugsweise im Warmzustand, radial nach innen abgedrängt und dabei in der Weise und so weit umgeformt wird, dass das tellerseitige Ende des Ventilschaftes dicht, vorzugsweise gasdicht, verschlossen wird. Bei ausreichender Prozesswärme verschweißt die Rohrwan- dung zentrisch-Verschluss 14 bzw. 14'-gegen Ende des Um- formprozesses selbsttätig. Bei den gezeigten Ausführungsbei- spielen wird außerdem das tellerferne Ende 10 im Fließroll- verfahren geformt und verschlossen-Verschluss 15. Nach dem Aufstecken des Ventiltellers 3, 3', 3"auf den Ventilschaft 2, 2', 2", 2"'bis an den Bund 7, 7', 7", 7"'wird das brenn- raumseitig überstehende Ende des verschlossenen Ventilschaf- tes in die brennraumseitige Begrenzungskontur 6 der Mitten-

öffnung 4, 4', 4"formschlüssig unter Bildung der Verdickung 8 bzw. 8'angestaucht, wodurch eine formschlüssige Verbindung zwischen Ventilschaft und Ventilteller zustande kommt.

Einzelheiten und Varianten des Herstellungsverfahrens sollen nachfolgend anhand der zeichnerisch dargestellten Bilderfol- gen erläutert werden, wobei das Grundsätzliche des Verfahrens im Zusammenhang mit der ersten Phasenfolge nach den Figuren la bis li geschildert wird : Gemäß Figur la wird zur Herstellung des Ventilschaftes 2 von einem auf eine bestimmte Länge abgelängten Rohrstück 13 als Rohling ausgegangen, dessen Außendurchmesser-abgesehen von einem geringen Bearbeitungsaufmaß-dem gewünschten Durchmes- ser des fertigen Ventilschaftes entspricht. Die Wanddicke des Ausgangsrohres ist entsprechend den Beanspruchungen des Ven- tilschaftes gewählt ; sie dürfte bei Ventilen für Pkw-Motoren im Bereich von etwa 1 bis 2,5 mm liegen. Der Werkstoff des Rohrstückes 13 entspricht einem für Ventile üblichen legier- ten Stahl, wobei für ein thermisch stärker beanspruchtes Aus- lassventil ein hochwarmfesten Chrom/Nickel-Stahl und für ein thermisch weniger stark beanspruchtes Einlassventil ein kor- rosionsbeständiger Stahl vorgesehen werden kann. Beispiels- weise kann der Ventilschaft für Auslassventile aus einem Ven- tilstahl der Bezeichnung 1.4571 oder X6CrNiMo17122 mit 0,06 Gew.-% Kohlenstoff, 17 Gew.-% Chrom, 12 Gew.-% Nickel, 2 Gew.-% Molybdän und Rest Eisen bestehen. Für die Ventilschäf- te von Einlassventilen seien als Beispiele folgende Stähle erwähnt, wobei die Zusammensetzung in Gewichtsprozent genannt ist und als Rest stets Eisen auf 100 % zu ergänzen ist : > 1.4006 oder X10Crl3 mit 0,10 % Kohlenstoff und 13 % Chrom, > 1.4113 oder X6CrMol71 mit 0,06 % C, 17 % Cr, 1 % Mo, > 1. 4301 oder X8Crnil8_10 mit 0,08 % C, 18 % Cr, 10 % Ni.

Das Rohrstück 13 wird gemäß den Figuren 1b und folgende in ein rotierendes Spannfutter 20 eingespannt, welches axial auf einen gegenüberliegenden Rollkopf mit definierter Vorschubge-

schwindigkeit vorgeschoben werden kann. Das Werkstück und der Rollkopf rotieren mit gleichsinniger Umfangsgeschwindigkeit.

Es versteht sich im Hinblick auf die Vorschubbewegung inner- halb des Umformprozesses, dass es sich hierbei lediglich um eine Relativbewegung von Werkstück zu Werkzeug handelt. Es ist also ohne weiteres auch denkbar, dass das Werkstück axial vorgeschoben wird und dass der Rollkopf stillsteht.

Die zuletzt genannte Alternative mit axial stillstehendem Werkstück und axial verschiebbaren Rollkopf erscheint im Hin- blick auf eine Bearbeitungsmaschine in Revolverbauart durch- aus sinnvoll. Dabei können die am Umfang einer schrittweise revolvierenden Trommel rotierend aufgenommenen Ventilschaft- rohlinge an beiden Enden gleichzeitig durch axial verschieb- bare Rollköpfe bearbeitet werden. Während der Rotation des Werkstücks kann dieses bedarfsweise axial lokal, aber um- fangsmäßig gleichmäßig durch eine ortsfeste Wärmequelle, z. B. durch einen Brenner oder einen Induktor, erwärmt werden. Bei Einsatz einer Bearbeitungsmaschine in Revolverbauart kann nach jedem Revolverschritt der Trommel ein fertiggestellter Ventilschaft ausgeworfen und ein neuer Rohling 13 an die ent- sprechende Stelle der Trommel eingespannt werden. Auch der Fügevorgang gemäß den Figuren 1h und li könnte u. U. in eine solche Maschine in Revolverbauart integriert sein. Der Voll- ständigkeit halber sei erwähnt, dass anstelle einer Maschine in Revolverbauart auch eine solche in Karusselbauart mit taktweise weiterdrehendem Bearbeitungstisch mit mehreren, vertikal ausgerichteten Bearbeitungsstationen einsetzbar ist.

Bei der in Figur lb dargestellten Arbeitsstation wird der tiefenbegrenzende, achssenkrechte Bund 7 am Außenumfang des Ventilschaft-Rohlings 13 durch Massivumformung der Rohrwan- dung im Fließrollverfahren mittels des Rollkopfes 21 erzeugt.

Hierbei kann die Rohrwandung lokal im Umformungsbereich und kurzzeitig auf Umformungstemperatur erwärmt werden, was in- nerhalb des Prozesses z. B. durch Induktionserwärmung oder durch eine strich-punktiert angedeutete offene Flamme erfol-

gen kann. Eine örtlich gezielte Erwärmung der Rohrwandung ist auch mittels eines defokussierten, auf die Erwärmungsstelle gerichteten Laserstrahles denkbar. Die lokale Erwärmung des Werkstücks gilt gegebenenfalls auch für die anderen Umform- stationen, weshalb sie in den nachfolgenden Stationen zeich- nerisch nicht mehr angedeutet ist.

Grundsätzlich hängt es in erster Linie von der Duktilität des verwendeten Werkstoffs und von dem zur Erzielung der ge- wünschten Form erforderlichen Umformungsgrad ab, ob die Um- formung im sog. kalten Zustand oder nach Erwärmung des Werk- stoffs auf Umformtemperatur erfolgen soll. Bei Umformung im Warmzustand kann zugleich ein gasdichter Verschluss erreicht werden. Bei Kaltumformung muss gegebenenfalls eine punktuelle Schmelzschweißung am Schaftende vorgenommen werden, um einen gasdichten Verschluss gewährleisten zu können.

In den Figuren lc und 1d ist das gasdichte Verschließen 14 des zuvor im Durchmesser reduzierten und mit einem achssenk- rechten Bund 7 versehenen, tellerseitigen Endes des Ventil- schaftes 2 in zwei unterschiedlichen Phasen dargestellt. Die endseitig auf Umformtemperatur erwärmte Rohlingwandung wird durch den Rollkopf 22 im Fließrollverfahren radial nach innen gebördelt, wobei die Wandungsstirnseiten im Zentrum aufeinan- der treffen und an der Verschlussstelle 14 gasdicht ver- schweißen.

Das Durchmesserreduzieren und Anformen eines achssenkrechten Bundes 7, d. h. die Ausbildung des Steckzapfens 17, kann bei geeigneter Gestaltung eines Rollkopfes u. U. auch in einem einheitlichen Fließrollvorgang erfolgen.

Bei den in den Figuren le bis lg gezeigten Arbeitsstationen wird das tellerferne Ventilschaftende 10 bearbeitet, weshalb hier das Werkstück in ein anderes Spannfutter 23 aufgenommen ist. Für den Fall einer Bearbeitung der Ventilschäfte in ei- ner hochrationellen Maschine in Revolver-oder Karusselbauart

ist an dieser stelle selbstverständlich die scheibenartige Trommel zu denken, an deren Umfang die einzelnen Ventil- schaftrohlinge in der Weise aufgenommen sind, dass ihre bei- den Enden an den gegenüberliegend Stirnseiten der Trommel a- xial frei abragen.

In der Arbeitstation nach Figur le'wird, vorzugsweise nach lokaler Erwärmung der Rohrwandung entlang eines Umfangsstrei- fens auf Umformungstemperatur, die im Querschnitt halbkreis- förmige Umfangsrille für ein Paar von Sicherungskeilen durch den Rollkopf 24 angeformt. Dabei wird ein Satz von Umformrol- len während der relativen Rotation von Werkstück und Werkzeug in die vorzugsweise erwärmte Stelle der Rohrwandung radial in diese eingedrückt. Vor der Weiterbearbeitung des Ventilschaf- tes an einer anderen Stelle wird die Rille 9 gegebenenfalls auf zwangskonvektive Weise abgekühlt.

In der nachfolgenden Arbeitsstation-Figur lf-wird die er- wärmte Wandung des Rohrendes durch den Rollkopf 25 radial nach innen gebördelt und zusammen geschweißt, so dass mittig ein gasdichter Verschluss 15 entsteht. In einer weiteren Ar- beitsstation gemäß Figur lg wird die zunächst gewölbte Wan- dung des Ventilschaftendes durch den Rollkopf 26 in eine ebe- ne, achssenkrechte Form umgeformt. Damit ist der Ventilschaft 2 fertig gestellt.

Der in einer stehenden Orientierung-Ventilteller 3 unten und Ventilschaft 2 oben-dargestellte Fügevorgang von Ven- tilschaft und Ventilteller ist in zwei Phasen gemäß den Figu- ren lh und li gezeigt. Der Ventilschaft ist in einem Spann- futter 23'in der Weise aufgenommen, dass das tellerseitige Schaftende axial frei abragt.

Der Ventilteller besteht zweckmäßigerweise aus einem bezüg- lich des jeweiligen Einsatzfalles optimierten Werkstoff, wo- bei aufgrund der mehrteiligen Bauweise des Ventils insbeson- dere ein Leichtbauwerkstoff verwendet werden kann. Bei ther-

misch höher beanspruchten Auslassventilen kann der Ventiltel- ler aus einer Keramik, beispielsweise Siliciumcarbid (SiC) oder aus einer intermatallischen Phase, z. B. aus Titanalumi- nid (TiAl) bestehen. Selbstverständlich kommt auch ein geeig- neter Ventilstahl in Frage, beispielsweise ein Ventilstahl mit der Bezeichnung 1.4882 oder X50CrMnNiNb219 mit 0,5 Gew. - % Kohlenstoff, 21 Gew.-% Chrom, 9 Gew.-% Mangan, 4 Gew.-% Ni- ckel, je 2 Gew.-% Niob bzw. Wolfram und Rest Eisen. Bei ther- misch weniger beanspruchten Einlassventilen kann der Ventil- teller aus einer Titan-Basislegierung bestehen, die als wei- tere Legierungsbestandteile insbesondere Aluminium enthält.

Für Einlassventile kommt selbstverständlich auch Stahl, z. B. ein solcher mit der Bezeichnung 1. 4718 oder X45CrSi9_3 mit 0,45 Gew.-% Kohlenstoff, 9 Gew.-% Chrom, 3 Gew.-% Silizium und Rest Eisen in Frage.

Der Ventilteller 3 ist mit einer durchgehenden Mittenöffnung 4 versehen, die bezüglich ihres Durchmessers und Profils an die Form des Ventilschaftes bzw. des Steckzapfens 17 ange- passt ist. Die Teile sind mit einer Presspassung auf einander abgestimmt, so dass der Ventilteller nach dem Aufstecken auf den Steckzapfen verliersicher an ihm haften bleibt. Hervorzu- heben ist in diesem Zusammenhang zum einen die tellerseitige, ringförmige Anlagefläche 5 für den schaftseitigen Bund 7, die beim dargestellten Ausführungsbeispiel axial im Inneren der Mittenöffnung 4 angeordnet ist. Aufgrund der versenkten An- ordnung der Anlagefläche 5 ist die Übergangsstelle vom klei- neren zu einem größeren Durchmesser des Ventilschaftes von der kritischen Stelle an der Oberseite des Ventiltellers axi- al in das Innere des Ventiltellers verlagert, was im Hinblick auf die Dauerfestigkeit des gebauten Ventils von Vorteil ist.

Zu erwähnen ist ferner die konische Ansenkung 6 des brenn- raumseitigen Randes der Mittenöffnung 4. Nach dem Aufstecken des Ventiltellers 3 auf den Steckzapfen 17 bis zur gegensei- tigen Berührung der beiden ringförmigen Anlageflächen 5 bzw.

7 (Zustand gemäß Figur 1h) steht das verschlossene Ventil-

schaftende an der Brennraumseite des Ventiltellers axial ge- ringfügig über. Sobald der Ventilteller auf das Schaftende aufgesteckt ist, wird die aus Teller und Schaft bestehende Montage-Einheit gleichachsig oberhalb des Rollkopfs 27 posi- tioniert. Nach Erwärmung des überstehenden Endes des Ventil- schaftes wird dieses durch den Rollkopf 27 angestaucht, so dass die Anstauchung 8 die Ansenkung 6 formschlüssig aus- füllt. Das Ventil ist damit im Rohzustand fertig gestellt.

Nachfolgend soll unter Bezugnahme auf die Bilderfolge der Fi- guren 2a bis 2e auf eine Verfahrensvariante zur Herstellung des Ventilschaftes 2'näher eingegangen werden. Ausgangspro- dukt bei diesem Verfahren ist ein Rohrstück 13' (Figur 2a) mit einer größeren Wanddicke als das Rohrstück 13 gemäß Figur la. Bei dem in den Figuren 2a bis 2e dargestellten Verfahren wird der tiefenbegrenzende, schaftseitige Bund 7'durch eine außenseitige spanabhebende Bearbeitung der Rohrwandung des Ventilschaft-Rohlings erzeugt. Nach dieser spanabhebenden Be- arbeitung weist der Ventilschaft-Rohling-abgesehen von dem Bund 7'-weitgehend die gleiche Wanddicke wie das Rohrstück 13 nach Figur la auf. Diese Bearbeitung kann zugleich mit dem Ablängen des Rohrstückes 13'von einem längeren Halbzeug-Rohr auf einem Drehautomaten vorgenommen werden. Die übrigen in den Figuren 2c bis 2e dargestellten Bearbeitungsvorgänge be- treffen das endseitige Formen und Verschließen des Ventil- schaft-Rohlings im Rollfließverfahren unter Bildung des Steckzapfens 17'. Diese Bearbeitungsvorgänge stimmen weitge- hend mit den weiter oben im Zusammenhang mit den Figuren lc bis lg beschriebenen Verfahrensschritten überein, so dass in soweit auf die vorausgehende Beschreibung verwiesen werden kann. Auch der sich daran anschließende Fügevorgang des Ven- tiltellers ist ganz analog zu dem, was im Zusammenhang mit den beiden Figuren 1h und li weiter oben bereits beschrieben worden ist.

Der Vorteil des Ventilschaftes 2'mit spanabhebend erzeugtem Bund 7' (Figur 2e) gegenüber dem Schaft 2 mit fließgerolltem

Bund 7 (Figur lg) besteht darin, dass der im Ventilteller steckende Steckzapfen 17'des Ventilschaftes den gleichen Durchmesser aufweist, wie der außerhalb des Ventiltellers liegende Schaftteil und dass demgemäß keine Steifigkeitsver- änderung über die axiale Erstreckung des Ventilschaftes 2' vorliegt. Nachteilig ist hingegen der größere Materialeinsatz und die im Vergleich zum Fließrollverfahren weniger rationel- le Spanbearbeitung des Bundes 7'.

Unter Bezugnahme auf die Bilderfolge der Figuren 3a bis 3e sei nachfolgend eine dritte Verfahrensvariante zur Herstel- lung des Ventilschaftes 2'geschildert. Ausgangsprodukt bei diesem Verfahren ist ein Rohrstück 13 (Figur 3a), welches be- züglich der Wanddicke dem Rohrstück gemäß Figur la ent- spricht. Aus dem Rohrstück 13 nach Figur 3a wird zunächst in ganz analoger Weise wie weiter oben im Zusammenhang mit den Figuren lc bis lg bereits geschildert im Fließrollverfahren ein endseitig geformter und verschlossener hohler Ventil- schaft hergestellt, wie er in Figur 3b gezeigt ist. Dieser halbfertige Ventilschaft (Figur 3b) ist an der späteren Über- gangsstelle zum Ventilteller noch zylindrisch ausgebildet, weist also noch keinen tiefenbegrenzenden Bund auf.

Gemäß der in Figur 3c angedeuteten Herstellungsphase wird ein solcher achssenkrechter Bund 7"am Außenumfang des Ventil- schaft-Rohlings durch außenseitiges Aufstecken einer passge- nauen Rohrmanschette 11 und Festschweißen derselben an ihm entlang einer Umfangsschweißnaht 12 in einer vorbestimmten Axialposition erzeugt. Die Manschette 11 weist eine bestimmte Länge L auf und ist einseitig an ihrem tellerfernen Ende durch die Ringschweißnaht 12, die z. B. durch ein Laser- schweißverfahren durchgeführt werden kann, mit dem Ventil- schaft-Rohling verschweißt. Die dem Ventilteller zugewandte Stirnseite der Manschette bildet einen achssenkrechten, tie- fenbegrenzenden Bund 7". Aufgrund der einseitigen Verschwei- ßung 12 der Manschette 11 an dem Ventilschaftrohr kann sich der Bund 7"relativ zum Ventilschaftrohr im Rahmen der Werk-

stoff-Elastizität axial verlagern, wobei diese elastisch be- dingte Verlagerungsstrecke um so größer ist, je größer die Länge L der Manschette ist. Der über den Bund 7"axial über- stehende Teil des verschlossenen Ventilschaftes 2"bildet den vorliegend relativ kurzen Steckzapfen 17".

Der mit dem solcherart hergestellten Ventilschaft 2"zu mon- tierende Ventilteller 3', der in diesem Fall vorzugsweise aus einer Keramik besteht, weist eine axial tief ins Innere der Mittenöffnung 4'verlagerte Anlagefläche 5'für den Bund 7" auf, so dass sich bis zur Ansenkung 6 des Öffnungsrandes eine nur geringe, axiale Klemmlänge t ergibt, die deutlich gerin- ger ist als die axiale Höhe des Ventiltellers 3'oder auch deutlich geringer ist als die Länge L der Manschette 11. Nach dem strammen Aufstecken des Ventiltellers 3'auf den Ventil- schaft 2" (Figur 3d) wird nach dem Vorbild der Figuren lh und li und der zugehörigen Beschreibung die Anstauchung 8 Fließ- rollverfahren-vorzugsweise im Warmzustand-in die Ansen- kung 6 eingeformt und eine formschlüssige Verbindung zwischen Schaft und Ventilteller hergestellt.

Wichtig bei dem Fügevorgang von Teller und Schaft ist, dass im Falle der Ausbildung des Ventiltellers aus einer Keramik, die einen deutlich geringeren Temperaturausdehnungskoeffi- zienten als Stahl hat, die Formschlussverbindung bei Raumtem- peratur des fertigen Ventils unter möglichst hoher axialer Vorspannung steht. Nur aufgrund der hohen axialen Vorspannung der Fügestelle und aufgrund der besonderen Ausgestaltung des elastisch verlagerbaren Bundes 7"mit Vorspannkraft-Reserve kann sichergestellt werden, dass auch bei Betriebstemperatur des Ventiles der Keramikteller 3'noch mit einer gewissen Rest-Vorspannung am Ventilschaft festgeklemmt bleibt. Je grö- ßer das Verhältnis von Manschettenlänge L zu Klemmlänge t ist, um so größer ist die Vorspannkraft-Reserve der Verbin- dung. Es kann daher durchaus zweckmäßig sein, die Manschette 11 über nahezu die gesamte Länge des Ventilschaftes zu er-

strecken, wie dies in Figur 3c strich-punktiert angedeutet ist.

Um eine möglichst hohe axiale Vorspannung der Formschlussver- bindung gewährleisten zu können, sollte die Manschette 11 und der Ventilteller während des Fließrollens der Anstauchung 8 möglichst kalt und der innerhalb der Manschette steckende Teil des Ventilschaftrohres möglichst warm sein. Auch dies ist ein Grund, das Anformen der nietkopfähnlichen Anstauchung 8 im Warmzustand vorzunehmen. Ein Temperaturausgleich zwi- schen den genannten Teilen sollte erst stattfinden können, nachdem die Anstauchung 8 erkaltet ist und sich nicht mehr plastisch verformen kann. Durch den verzögerten Ausgleich ei- ner solchen erzwungenen Temperaturdifferenz baut sich eine axiale Vorspannung auf. Mit Rücksicht auf die Hohen Betriebs- temperaturen insbesondere von Auslassventilen sollte die mit zunehmender Betriebstemperatur nachlassende Vorspannung bei Raumtemperatur so hoch wie möglich gewählt bzw. angestrebt werden. Optimaler weise sollte die Füge-Vorspannung bei Raum- temperatur nahe bei der Elastizitätsgrenze des Stahlwerkstof- fes liegen.

Schließlich sei auch noch auf das vierte Ausführungsbeispiel eines Ventils 1"mit dem hohlen Ventilschaft 2"'und dem Ven- tilteller 3"gemäß der Bilderfolge der Figuren 4a bis 4e ein- gegangen, welches sich an das Ausführungsbeispiel nach den Figuren 2a bis 2e anlehnt. Der wesentliche Unterschied bei dieser vierten Verfahrensvariante besteht vor allem in der Art der Anformung des Bundes 7"'am Ventilschaft 2"'und in der Art der Herstellung des Verschlusses 14'am tellerseiti- gen Ende des Schaftrohlings. Bei diesem Verfahren wird nicht das Fließrollen, sondern das Rundkneten als einem ebenfalls an sich bekannten, rotationssymmetrisch wirksamen Umformver- fahren eingesetzt. Ausgehend von einem deutlich länger als der spätere Ventilschaft 2"'bemessenen, rohrförmigen Schaft- rohling 13"wird zunächst am tellerseitigen Ende eine rotati- onssymmetrische Wandverdickung 16 oder 16'angestaucht, womit

zwei mögliche Verfahrensalternativen angesprochen sind. Die in vollen Linien gezeichnete, innen und außen zylindrische Wandverdickung 16 wird durch ein Stauchkneten mittels oszil- lierender, auf das Rohrende einwirkender Formhämmer erzeugt, wobei der Lichtraum des Rohres durch einen Stützdorn ausge- füllt ist. Bei diesem Stauchkneten wird insbesondere in Axi- alrichtung hämmernd auf das Rohr eingewirkt und dadurch Werk- stoff axial zusammengedrängt, wodurch die Rohrwandung sich radial nach außen aufdickt, nachdem sie innenseitig abge- stützt ist. Durch radiales Hämmern in diesem sich aufdicken- den Wandungsbereich wird dafür gesorgt, dass die Außenkontur eine zylindrische Form beibehält. Dieses Stauchkneten kann im Warmzustand, bei ausreichender Duktilität des Werkstoffes, die meist gegeben ist, aber auch im Kaltzustand durchgeführt werden.

Der strichpunktiert angedeuteten, im Querschnitt keulenförmi- gen Wandverdickung 16'liegt ein anderes, nämlich wesentlich einfacheres Verfahren zugrunde, und zwar ein freies Warmstau- chen. Allerdings sind es lediglich die maschinenbaulichen Voraussetzungen, die dieses Verfahren einfacher als das Stauchkneten gestalten. Was die Prozessführung und deren Si- cherheit anbelangt, ist das freie Warmstauchen zumindest bei großen Serien nur schwierig zu beherrschen. Die Kunst hierbei ist nämlich, ein optimales Wärmeprofil in Längsrichtung des Rohrendes bei verändertem zeitlichen Verlauf, nämlich ent- sprechend dem Fortschreiten der Anstauchung, im Rohrende zu erzeugen. Wird dieses Ziel verfehlt, so kann es u. U. immer wieder vorkommen, dass das erwärmte Rohrende unter der Stauchkraft unkontrolliert ausbeult, bevor die erwünschte Wandaufdickung erreicht ist. Aus diesem Grunde hat sich das freie Warmstauchen von Rohren hauptsächlich als Verfahren für kleine Losgrößen in der Praxis etabliert, bei denen bei ge- ringeren Automationsgraden und mit mehr manuellem Einsatz so- wie persönlicher Beobachtung und Erfahrung gearbeitet wird.

Durch das mit größerer Prozessicherheit beherrschbare Stauch- kneten wird also gemäß dem in Figur 4b angedeuteten Umform- schritt die innen und außen zylindrische Wandaufdickung 16 erzeugt, deren Außendurchmesser etwa dem Durchmesser des Bun- des 7"'entspricht. In einer anschließenden Umformstufe- siehe Figur 4c-wird durch Rundkneten, d. h. durch radiales Hämmern der in der Wandaufdickung axial angesammelte Werk- stoff so weit radial nach innen verdrängt, bis der Lichtraum im Bereich des Rohrendes völlig beseitigt ist und der Rohr- werkstoff dort zu einem massiven Steckzapfen 17"'kompaktiert ist, dessen Durchmesser etwa dem Außendurchmesser des Ventil- schaftes 2"'in dessen rohrförmigen Bereich entspricht. Die Innenoberfläche der Rohrwandung wird im Zentrum des Zapfens 17 zu einem fadenförmigen Spalt mit der Querschnittsfläche Null reduziert. Falls dieser Umformschritt im Warmzustand durchgeführt wird, kommt es bei dieser Kompaktierung zu einem gasdicht verschweißten Verschluß 14'. Wird das Rundkneten dieses Umformschrittes hingegen im kalten Zustand durchge- führt, so kann zwar nicht in jedem Fall und/oder dauerhaft ein gasdichter Verschluss gewährleistet werden, jedoch ist dies zumindest dann nicht erforderlich, wenn der hohle Ven- tilschaft 2"'nicht mit einem Kühlmedium gefüllt wird. Wich- tig ist allerdings, dass der hohle Ventilschaft zumindest an einem seiner beiden Enden gasdicht verschlossen ist. Gegebe- nenfalls könnte der Verschluss 14'durch eine stirnseitig an- gebrachte, punktförmige Schmelzschweißung zuverlässig und dauerhaft gegen Gasaustausch abgedichtet werden.

In Figur 4d ist angedeutet, wie das tellerferne Ende 10 des Ventilschaftes 2"'verschlossen und geformt wird. In soweit ist die Darstellung und Vorgehensweise ganz analog zu Figur 2e und dem, was im Zusammenhang damit weiter oben bereits ausgeführt wurde. An dieser Stelle sei lediglich der Voll- ständigkeit halber erwähnt, dass das Fassonieren des teller- fernen Ventilschaftendes ohne weiteres erst nach dem Fügen von Ventilschaft 2"'und Ventilteller 3"erfolgen könnte.

Schließlich ist in Figur 4e das Fügen von Ventilschaft und Ventilteller angedeutet. Der kalte Ventilteller 3"wird mit seiner zentrischen Aufnahmeöffnung 4"auf den im Durchmesser mit Pressitz-Qualität abgestimmten Steckzapfen 17"'des Ven- tilschaftes 2"'aufgesteckt, bis er mit seiner ringförmigen Anlagefläche 5 axial am Bund 7"'satt anliegt, wobei der Steckzapfen an der Brennraumseite des Ventiltellers zunächst um ein bestimmtes Maß übersteht. Der Steckzapfen 17"'ist da- bei auf Umformtemperatur erwärmt. Anschließend wird möglichst rasch, d. h. noch bevor es zu einem nennenswerten Temperatur- ausgleich zwischen den Fügepartnern kommt, der brennraumsei- tig überstehende Teil des Steckzapfens 17"'zu der Anstau- chung 8'umgeformt, die die brennraumseitige Ansenkung 6 des Ventiltellers vollständig und unter Vorspannung ausfüllt.

Nach dem Abkühlen des Steckzapfens 17"'schrumpft dieser axi- al auf den Ventilteller auf, so dass in der Fügestelle eine sehr hohe axiale Vorspannung aufgebaut wird.