DE10122581A1

DE10122581A1 - Gekühlter Ventilsitzring

Info

Publication number: DE10122581A1
Application number: DE10122581A
Authority: DE
Inventors: Torsten Schellhase
Original assignee: Mahle Ventiltrieb GmbH
Current assignee: Mahle Ventiltrieb GmbH
Priority date: 2001-05-10
Filing date: 2001-05-10
Publication date: 2003-01-09
Also published as: WO2002097245A1; EP1386062A1; EP1386062B1; DE50203681D1; US7063051B2; US20040182332A1

Abstract

Ein gekühlter Ventilsitzring soll auf einfache Weise hergestellt werden. Hierzu weist der gekühlte Ventilsitzring einen aus dünnem Stahlblech bestehenden Blechkühlkanal auf.

Description

Die Erfindung betrifft einen gekühlten Ventilsitzring nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Im Bereich der Auslaßventile von Verbrennungsmotoren wird versucht, den Kühlwassermantel so nah wie möglich an die Ventilsitzringe heranzuführen, um eine gute Wärmeabfuhr zu erzielen. Bei den aktuellen Mehrventilzylinderköpfen von Motoren mit Diesel-Direkteinspritzung und zentral angeordneter Einspritzdüse gestatten die beengten Platzverhältnisse oft keine zufriedenstellende Darstellung des Kühlwassermantels. Besonders der Auslaßventilstegbereich und der Steg zwischen den Auslaßkanälen und der Einspritzdüse muß dann so filigran ausgeführt werden, daß ein serientauglicher Wassermantelkern kaum zu realisieren ist. Es wurden daher schon Ventilsitzringe mit eigenem Kühlkanal vorgeschlagen, wobei der Kühlkanal entweder zum Zylinderkopf hin offen oder geschlossen ausgeführt ist.

Derartige Ventilsitzringe sind bekannt aus der DE 38 29 339, DD 287 078 oder der DE 43 28 904. Dabei ist bei den erstgenannten Veröffentlichungen jeweils ein zum Zylinderkopf hin geschlossener Kühlkanal im Ventilsitzring vorgesehen. Gemäß Fig. 5 der DE 38 29 339 besteht der Kühlkanal aus zwei miteinander verschweißten massiven Bauteilen, in die das Ventilsitzteil eingepreßt ist. Der gekühlte Ventilsitzring ist im Zylinderkopf eingegossen. Die Herstellung des gekühlten Ventilsitzrings aus massiven Bauteilen ist aufwendig und führt zu einem relativ hohen Gewichtsnachteil und infolge des Einpressens des Ventilsitzteils in den Kühlkanalteil zu inneren Spannungen.

Die Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, bei gattungsgemäßen Ventilsitzringen einen Kühlkanal zu schaffen, der einfach herstellbar und leicht ist.

Dieses Problem wird gelöst durch einen gekühlten Ventilsitzring nach Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Bei der erfindungsgemäßen Lösung ist der aus dünnem Stahlblech bestehende einseitig offene Kühlkanal direkt mit dem Ventilsitzteil verschweißt.

Durch den Blechkühlkanal aus dünnem Stahlblech kann verglichen mit der Herstellung aus Vollmaterial deutlich Gewicht eingespart werden. Vorzugsweise wird der Blechkühlkanal durch Biegen, evtl. auch Tiefziehen eines ebenen Blechs hergestellt. Ein weiterer Vorteil des Blechkühlkanals verglichen mit den bekannten gekühlten Ventilsitzringen besteht darin, daß unabhängig vom Querschnitt des Ventilsitzteils ein frei wählbarer Kanalquerschnitt eingestellt werden kann.

Die Stärke des dünnen Stahlblechs ist vorzugsweise kleiner 1,2 mm und liegt vorteilhaft zwischen 0,3 und 0,7 mm.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 einen Zylinderkopf mit einem erfindungsgemäßen gekühlten Ventilsitzring
Fig. 2 einen Ventilsitzring mit Zentrierbund
Fig. 3-5 verschiedene weitere Varianten.
Ein gekühlter Ventilsitzring 2, bestehend aus einem Ventilsitzteil 3 und einem an das Ventilsitzteil angeschweißten Blechkühlkanal 4, ist durch ein Verbundgießverfahren mit einem Zylinderkopf 1 verbunden.
Über Bohrungen 6 und 7 ist der vom Blechkühlkanal gebildete Ringraum 5 mit einem Kühlmittelkreislauf verbunden.
Das Ventilsitzteil 3 weist eine Fase auf, die durch einen Konuswinkel beta gekennzeichnet ist. Der Blechkühlkanal 4 überdeckt das Ventilsitzteil 3 im Bereich dieser Anfasung.
Gemäß Fig. 2 weist das Ventilsitzteil 3 Zentrieransätze 9 auf, die beim Schweißen den Blechkühlkanal 4 auf dem Ventilsitzteil 3 fixieren.
Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt aus einem Ventilsitzring mit angeschweißtem Kühlkanal im Querschnitt, mit einem Blechkanal, der als rohrförmiges Bauteil mit einer dem Sitzring zugewandten offenen Seite ausgeführt ist, wobei der Blechkanal mit seinen beiden freien Schenkeln an den Ventilsitzring gasdicht angefügt ist. Der Sitzring hat eine Fase unter einem Winkel von alpha = 45°, damit die freie Querschnittsfläche für die Kühlmittelströmung so groß wie möglich ist. Die Fase begrenzt den Kühlmittelkanal sitzringseitig.
Fig. 4 zeigt einen ähnlichen Ventilsitzring mit einem Winkel alpha < 45° entsprechend einem Konuswinkel beta von < 90°.
Der durch die am Ventilsitzring umlaufende Fase gebildete Konuswinkel bzw. Kegelwinkel beta wird meist zwischen 70° und 110° liegen.
Die Auswahl des Konuswinkels hängt ab von den geometrischen Randbedingungen, insbesondere von den einzuhaltenden Mindestwandstärken.
Gemäß Fig. 5 ist der Blechkühlkanal rohrförmig geschlossen mit kreisringförmigem Querschnitt ausgeführt und der Sitzring weist eine an den Kühlkanaldurchmesser angepaßte Ausnehmung auf, in die der Blechkühlkanal eingelegt ist. Im Vergleich zu den oben dargestellten Ausführungsbeispielen kann zumindest eine Schweißnaht entfallen.
Vorteilhaft findet der Schweißvorgang unter Teilvakuum statt, um den Schweißvorgang beim Schließen der Naht nicht durch austretende Luft zu erschweren.

Claims

1. Gekühlter Ventilsitzring (2) für einen Zylinderkopf (1) eines Verbrennungsmotors mit einem Ventilsitzteil (3), dadurch gekennzeichnet, daß der gekühlte Ventilsitzring (2) einen Blechkühlkanal (4) bestehend aus dünnem Stahlblech aufweist.

2. Gekühlter Ventilsitzring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Blechkühlkanal an das Ventilsitzteil (3) angeschweißt oder mit ihm verlötet ist.

3. Gekühlter Ventilsitzring nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Blechkühlkanal (4) gasdicht mit dem Ventilsitzteil (3) verbunden ist.

4. Gekühlter Ventilsitzring nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der gekühlte Ventilsitzring (2) gießtechnisch mit dem Zylinderkopfmaterial verbunden ist.

5. Gekühlter Ventilsitzring (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der gekühlte Ventilsitzring (2) eine Alfinschicht zur Verbindung mit dem Zylinderkopfmaterial aufweist.

6. Gekühlter Ventilsitzring (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilsitzteil (3) ein mit Kupfer infiltriertes Sinterteil ist und die Verbindung zwischen Blechkühlkanal (4) und Ventilsitzteil (3) durch Infiltrieren des Ventilsitzteils mit Kupfer bei gleichzeitiger Benetzung des Blechkühlkanals hergestellt ist.

7. Gekühlter Ventilsitzring (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Blechkühlkanal (4) U-förmig geformt ist und mit seiner offenen Seite dem Ventilsitzteil zugewandt ist.

8. Gekühlter Ventilsitzring (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilsitzteil (3) Ansätze (9) aufweist, mit denen der Blechkühlkanal (4) auf dem Ventilsitzteil zentriert ist, sodaß beim Schweißen bzw. Löten keine zusätzlichen Spannvorrichtungen erforderlich sind.

9. Gekühlter Ventilsitzring (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilsitzteil (3) an seinen zum Blechkühlkanal (4) hin weisenden Flächen angefast ist.

10. Gekühlter Ventilsitzring nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der durch die Fase am Ventilsitzring gebildete Konuswinkel beta zwischen 70° und 110° liegt.

11. Gekühlter Ventilsitzring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Blechkühlkanal (4) als rohr- oder torusförmiges, geschlossenes Bauteil ausgeführt ist und das Ventilsitzteil (3) eine dem Blechkühlkanal (4) angepaßte umlaufende, im Querschnitt kreissegmentförmige Ausnehmung aufweist, in die der Blechkühlkanal (4) eingelegt ist.

12. Gekühlter Ventilsitzring nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Blechkühlkanal (4) durch ein Widerstandspreßverfahren oder ein Reibschweißverfahren oder durch Löten mit dem Ventilsitzteil (3) verbunden ist.

13. Gekühlter Ventilsitzring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Blechkühlkanal (4) im Querschnitt kreissegmentförmig ist mit einem Segmentwinkel von bis zu 300° und daß das Ventilsitzteil an seiner zur umlaufenden Öffnung des Blechkühlkanals hin weisenden Fläche angefast ist.