DE102016005461A1

DE102016005461A1 - Valve seat ring for a reciprocating engine, and method for producing such a valve seat ring

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Publication number: DE102016005461A1
Application number: DE102016005461.1A
Authority: DE
Inventors: Jochen Haefner; Rainer Joos; Dirk Lindenau; Karl-Heinz Mayer; Rudolf Reinhardt; Joern Schmid; Ulrich Schweizer; Georg Seidel; Dietmar Spindler; Canan Tasdemir
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2016-05-03
Filing date: 2016-05-03
Publication date: 2016-12-01

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Ventilsitzring für eine Hubkolbenmaschine, mit wenigstens einem ersten Teilbereich (22), durch welchen in Einbaulage des Ventilsitzrings (16) wenigstens ein von einem Kühlmedium durchströmbarer Kühlkanal (20) begrenzt ist, und mit wenigstens einem sich in radialer Richtung des Ventilsitzrings (16) nach innen an den ersten Teilbereich (22) anschließenden zweiten Teilbereich (26), wobei der Ventilsitzring (16) als Verbundbauteil durch gemeinsames Sintern der aus voneinander unterschiedlichen Werkstoffen gebildeten Teilbereiche (22, 26) hergestellt ist.The invention relates to a valve seat ring for a reciprocating engine, with at least a first portion (22) through which in installation position of the valve seat ring (16) at least one of a cooling medium flow-through cooling channel (20) is limited, and at least one in the radial direction of the valve seat ring (16) second part region (26) adjoining the first part region (22) inwardly, the valve seat ring (16) being produced as a composite component by jointly sintering the part regions (22, 26) formed from mutually different materials.

Description

Die Erfindung betrifft einen Ventilsitzring für eine Hubkolbenmaschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Ventilsitzrings gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 5.The invention relates to a valve seat ring for a reciprocating engine according to the preamble of patent claim 1 and to a method for producing such a valve seat ring according to the preamble of patent claim 5.

Ein solcher Ventilsitzring für eine Hubkolbenmaschine sowie ein solches Verfahren zum Herstellen eines solches Ventilsitzrings sind bereits aus der DE 10 2004 027 084 A1 bekannt. Der Ventilsitzring weist dabei wenigstens einen ersten Teilbereich auf, durch welchen in Einbaulage des Ventilsitzrings wenigstens ein von einem Kühnmedium, insbesondere einer Kühlflüssigkeit, durchströmbarer Kühlkanal begrenzt ist. Der Ventilsitzring nimmt seine Einbaulage in vollständig hergestelltem Zustand der Hubkolbenmaschine ein. In diesem vollständig hergestellten Zustand der Hubkolbenmaschine ist der Ventilsitzring mit einem separat von dem Ventilsitzring ausgebildeten Zylinderkopf der Verbrennungskraftmaschine verbunden. Dabei ist der Ventilsitzring ist beispielsweise zumindest teilweise, insbesondere überwiegend, in den Zylinderkopf eingesetzt. Im vollständig hergestellten Zustand und während eines Betriebs der Hubkolbenmaschine strömt das beispielsweise als Kühlflüssigkeit ausgebildete Kühlmedium durch den Kühlkanal und kann dabei – da der Kühlkanal zumindest teilweise durch den ersten Teilbereich des Ventilsitzring begrenzt ist – den ersten Teilbereich des Ventilsitzrings direkt anströmen und umströmen. Hierdurch ist ein besonders effektiver Wärmeabtransport von dem Ventilsitzring realisierbar, so dass der Ventilsitzring effektiv gekühlt werden kann.Such a valve seat ring for a reciprocating engine and such a method for producing such a valve seat ring are already out of the DE 10 2004 027 084 A1 known. In this case, the valve seat ring has at least one first partial region, by means of which, in the installed position of the valve seat ring, at least one cooling channel through which a chewing medium, in particular a coolant, can flow, is flowed through. The valve seat ring takes its installation position in fully manufactured state of the reciprocating engine. In this fully manufactured state of the reciprocating engine, the valve seat ring is connected to a cylinder head of the internal combustion engine formed separately from the valve seat ring. In this case, the valve seat ring is for example at least partially, in particular predominantly, inserted into the cylinder head. In the fully produced state and during operation of the reciprocating engine, the cooling medium, for example, formed as cooling fluid flows through the cooling channel and can - as the cooling channel is at least partially limited by the first portion of the valve seat ring - flow directly to the first portion of the valve seat ring and flow around. As a result, a particularly effective removal of heat from the valve seat ring can be realized, so that the valve seat ring can be effectively cooled.

Der Ventilsitzring weist ferner wenigstens einen sich in radialer Richtung des Ventilsitzrings nach innen an den ersten Teilbereich anschließenden zweiten Teilbereich auf, so dass der Ventilsitzring im Rahmen des genannten Verfahrens zumindest aus dem ersten Teilbereich und aus dem zweiten Teilbereich hergestellt wird.The valve seat ring furthermore has at least one second partial area adjoining the first partial area in the radial direction of the valve seat ring, so that the valve seat ring is produced within the scope of said method at least from the first partial area and from the second partial area.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Ventilsitzring und ein Verfahren der eingangs genannten Art derart zu entwickeln, dass eine prozesssichere Montage des Ventilsitzrings mit einer hohen Resistenz gegenüber Kontaktkorrosion realisierbar ist.Object of the present invention is to develop a valve seat ring and a method of the type mentioned in such a way that a reliable installation of the valve seat ring with a high resistance to contact corrosion can be realized.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Ventilsitzring mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a valve seat ring with the features of claim 1 and by a method having the features of claim 5. Advantageous embodiments with expedient developments of the invention are specified in the remaining claims.

Um einen Ventilsitzring der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass eine besonders prozesssichere Montage des Ventilsitzrings mit einer hohen Resistenz gegenüber Kontaktkorrosion realisierbar ist, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Ventilsitzring als Verbundbauteil durch gemeinsames Sintern der aus voneinander unterschiedlichen Werkstoffen gebildeten Teilbereiche hergestellt ist. Dies bedeutet, dass der Ventilsitzring hergestellt wird, indem ein Verbundkörper als Ventilsitzrohling verwendet und gesintert wird. Dabei umfasst der Verbundkörper die aus voneinander unterschiedlichen Werkostoffen hergestellten Teilbereiche, welche gemeinsam, das heißt gleichzeitig bzw. zusammen gesintert werden.In order to further develop a valve seat ring specified in the preamble of claim 1 such that a particularly reliable assembly of the valve seat ring with a high resistance to contact corrosion is realized, it is provided according to the invention that the valve seat ring as a composite component by jointly sintering the formed from different materials subregions is made. This means that the valve seat ring is manufactured by using a composite body as a valve seat blank and sintering it. In this case, the composite body comprises the partial regions produced from mutually different materials, which are sintered together, ie simultaneously or together.

Der in der Einbaulage und während eines Betriebs der Hubkolbenmaschine mit dem beispielsweise als Kühlflüssigkeit bzw. Kühlwasser ausgebildeten Kühlmedium direkt in Kontakt befindende erste Teilbereich ist somit ein Sitzringbereich, welcher von dem Kühlmedium direkt umströmt bzw. berührt wird. Dabei hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn der erste Teilbereich aus einem Eisen-Werkstoff, insbesondere aus einem niedrig legierten Eisen-Werkstoff gebildet ist, wobei der erste Teilbereich beispielsweise aus einem Stahl, insbesondere aus einem niedrig legierten Stahl, gebildet ist. Um eine besonders vorteilhafte Wärmeabfuhr von dem Ventilsitzring zu realisieren, hat es sich ferner als vorteilhaft gezeigt, wenn der zweite Teilbereich zumindest Kupfer (Cu) aufweist, so dass der zweite Teilbereich zumindest aus Kupfer gebildet ist. Vorzugsweise weist der erste Teilbereich keine oder eine nicht-durchgängige Porosität auf, so dass das Kühlmedium nicht durch den ersten Teilbereich hindurch strömen und in Kontakt mit dem Kupfer beziehungsweise der Kupfer-Phase des zweiten Teilbereichs kommen kann.The in the installation position and during operation of the reciprocating engine with the formed for example as a cooling liquid or cooling water cooling medium directly in contact first portion is thus a seat ring area, which flows around directly from the cooling medium or is touched. It has proven to be advantageous if the first portion of an iron material, in particular of a low-alloyed iron material is formed, wherein the first portion is formed for example of a steel, in particular of a low-alloy steel. In order to realize a particularly advantageous heat dissipation from the valve seat ring, it has also been shown to be advantageous if the second subregion comprises at least copper (Cu), so that the second subregion is formed at least from copper. Preferably, the first portion has no or a non-continuous porosity, so that the cooling medium can not flow through the first portion and can come into contact with the copper or the copper phase of the second portion.

Da der zweite Teilbereich zumindest Kupfer aufweist, kommt es beispielsweise während des Sinterns zu einer Kupfer-Infiltration des ersten Teilbereichs. Der zweite Teilbereich ist dabei eine tribologisch beaufschlagte Sitzring-Funktionsfläche. Dabei sollte während des Sinterns und während der erforderlichen Kupfer-Infiltration keinerlei Kupfer-Phase an eine Oberfläche des ersten Teilbereichs gelangen, welche eine von dem Kühlmedium umströmte Zone darstellt. Diese Zone ist eine Außenzone oder Außenfläche, welche vorzugsweise aus seinem unedlen Werkstoff wie beispielsweise einem niedriglegierten Stahl, Gusseisen oder einem Leichtmetall, insbesondere einer Leichtmetalllegierung, gebildet ist. Bei dem Leichtmetall beziehungsweise bei der Leichtmetalllegierung handelt es sich vorzugsweise um Aluminium beziehungsweise um eine Aluminium-Legierung.Since the second subregion comprises at least copper, copper infiltration of the first subregion occurs, for example, during sintering. The second subarea is a tribologically loaded seat ring functional surface. In this case, during the sintering and during the required copper infiltration, no copper phase should reach a surface of the first subregion, which represents a zone surrounded by the cooling medium. This zone is an outer zone or outer surface, which is preferably formed from its base material such as a low-alloy steel, cast iron or a light metal, in particular a light metal alloy. The light metal or the light metal alloy is preferably aluminum or an aluminum alloy.

Um bei dem Sintern den ersten Teilbereich als, insbesondere für das Kühlmedium, dichter Außenrand beziehungsweise Außenradwerkstoff herzustellen, ist es vorzugsweise vorgesehen, dass niedrig-schmelzende Komponenten beziehungsweise geeignete Pulverfraktionen zur Erzielung einer dichten Randzone im Verbund mit einem hoch legierten, porös zu sinternden Funktionswerkstoff, aus welchem der zweite Teilbereich hergestellt wird, in einem Grünling angeordnet werden. Die Anordnung kann zum Beispiel durch eine Form mit einem Trennring zwischen dem äußeren, niedriglegierten ersten Teilbereich und dem inneren, hochlegierten zweiten Teilbereich dargestellt werden. Die Teilbereiche werden beispielsweise aus einem jeweiligen Pulver durch Sintern hergestellt, wobei der Trennring die jeweiligen Pulver zum Aufbau des Verbundbauteils separiert, wobei der Ring vorzugsweise vor dem Pressen des Grünlings und vor dem Sintern entfernt wird.In the sintering, the first portion than, in particular for the cooling medium, denser To produce outer edge or outer wheel material, it is preferably provided that low-melting components or suitable powder fractions to achieve a dense edge zone in combination with a highly alloyed, porous sintering functional material, from which the second portion is prepared, are arranged in a green compact. The arrangement can be represented, for example, by a mold with a separating ring between the outer, low-alloyed first partial region and the inner, highly alloyed second partial region. For example, the subregions are made from a respective powder by sintering, with the separator ring separating the respective powders to form the composite component, preferably with the ring removed prior to pressing the green body and prior to sintering.

Im Vergleich zur Verwendung einer Beschichtung als Korrosionsschutz des als kupfer-infiltrierten Sitzring ausgebildeten Ventilsitzrings kommt erfindungsgemäß ein kompakter Rohling zum Einsatz, dessen Werkstoffaufbau auch nach einem Fügen mit einem separat von dem Ventilsitzring ausgebildeten Zylinderkopf der Hubkolbenmaschine die Anforderungen an die Korrosionsbeständigkeit in Kontakt mit dem Zylinderkopf, insbesondere dessen Werkstoff, in einem Kühlwasserraum erfüllt. Beispielsweise wird der Ventilsitzring stoffschlüssig und/oder formschlüssig, beispielsweise durch Schweißen, insbesondere Reibschweißen, und/oder durch Einpressen mit dem Zylinderkopf verbunden. Da der erfindungsgemäße Ventilsitzring als Verbundbauteil ausgebildet ist, kommt es beim Fügen des Ventilsitzrings mit dem Zylinderkopf nicht zu einer Beschädigung einer Korrosionsschutzbeschichtung, so dass der erfindungsgemäße Ventilsitzring eine zuverlässige und robuste Bauweise aufweist und demzufolge prozesssicher montiert werden kann bei gleichzeitiger Realisierung eines effektiven Korrosionsschutzes.Compared with the use of a coating as corrosion protection of the copper-infiltrated seat ring trained valve seat ring according to the invention a compact blank is used whose material structure, even after joining with a separately formed from the valve seat ring cylinder head of the reciprocating engine, the requirements for corrosion resistance in contact with the cylinder head , in particular its material, met in a cooling water space. For example, the valve seat ring is materially and / or positively connected, for example by welding, in particular friction welding, and / or by pressing with the cylinder head. Since the valve seat ring according to the invention is designed as a composite component, there is no damage to a corrosion protection coating when joining the valve seat ring to the cylinder head, so that the valve seat ring according to the invention has a reliable and robust construction and consequently can be reliably mounted while at the same time realizing an effective corrosion protection.

Zur Erfindung gehört auch ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Ventilsitzrings. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es vorgesehen, dass der Ventilsitzring als Verbundbauteil hergestellt wird, indem die aus voneinander unterschiedlichen Werkstoffen gebildeten Teilbereiche gemeinsam gesintert werden. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Ventilsitzrings sind als vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens anzusehen und umgekehrt.The invention also includes a method for producing such a valve seat ring. In the method according to the invention, it is provided that the valve seat ring is produced as a composite component by sintering the subregions formed from mutually different materials together. Advantages and advantageous embodiments of the valve seat ring according to the invention are to be regarded as advantages and advantageous embodiments of the method according to the invention and vice versa.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in der einzigen Fig. ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht durch einen Zylinderkopf für eine Hubkolbenmaschine, mit einem Ventilsitzring, welcher als Verbundbauteil durch gemeinsames Sintern von aus voneinander unterschiedlichen Werkstoffen gebildeten Teilbereichen hergestellt ist.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment and from the drawing; 1 shows in detail in the single FIGURE a schematic sectional view through a cylinder head for a reciprocating piston engine, with a valve seat ring which is produced as a composite component by common sintering of partial regions formed from mutually different materials.

Die einzige Fig. zeigt ausschnittsweise in einer schematischen Schnittansicht einen Zylinderkopf 10 für eine Hubkolbenmaschine, welche beispielsweise als Verbrennungskraftmaschine ausgebildet ist. Die Hubkolbenmaschine ist beispielsweise Bestandteil eines Antriebstrangs eines Kraftfahrzeugs, welches mittels der Hubkolbenmaschine antreibbar ist. Die Hubkolbenmaschine weist wenigstens einen als Zylinder 12 ausgebildeten Brennraum auf, in welchem beispielsweise während eines gefeuerten Betriebs der Hubkolbenmaschine Verbrennungsvorgänge ablaufen. Der Zylinder 12 ist durch ein Zylindergehäuse der Verbrennungskraftmaschine gebildet. Der Zylinderkopf 10 ist dabei separat von dem Zylindergehäuse ausgebildet und mit dem Zylindergehäuse verbunden.The single FIGURE is a fragmentary sectional view of a cylinder head in a schematic sectional view 10 for a reciprocating engine, which is designed for example as an internal combustion engine. The reciprocating engine is for example part of a drive train of a motor vehicle, which is drivable by means of the reciprocating piston engine. The reciprocating engine has at least one cylinder 12 trained combustion chamber, in which occur, for example, during a fired operation of the reciprocating engine combustion processes. The cylinder 12 is formed by a cylinder housing of the internal combustion engine. The cylinder head 10 is formed separately from the cylinder housing and connected to the cylinder housing.

Der Zylinderkopf 10 weist wenigstens einen dem Zylinder 12 zugeordneten und in den Zylinder 12 mündenden Gaskanal 14 auf, welcher beispielsweise als Auslasskanal oder aber als Einlasskanal ausgebildet ist. In vollständig hergestelltem Zustand der Hubkolbenmaschine ist dem Gaskanal 14 wenigstens ein in der Fig. nicht dargestelltes Gaswechselventil zugeordnet, welches beispielsweise als Auslassventil oder aber als Einlassventil ausgebildet und zwischen einer Schließstellung und wenigstens einer Offenstellung relativ zu dem Zylinderkopf 10 translatorisch bewegbar ist. In der Schließstellung ist der Gaskanal 14 durch das zugehörige Gaswechselventil fluidisch versperrt, so dass beispielsweise kein Gas aus dem Zylinder 12 in den Gaskanal 14 beziehungsweise umgekehrt kein Gas aus dem Gaskanal 14 in den Zylinder 12 einströmen kann. In der Offenstellung jedoch gibt das Gaswechselventil den zugehörigen Gaskanal 14 frei, so dass Gas aus dem Gaskanal 14 in den Zylinder 12 beziehungsweise umgekehrt aus dem Zylinder 12 in den Gaskanal 14 strömen kann.The cylinder head 10 has at least one cylinder 12 assigned and in the cylinder 12 opening gas channel 14 on, which is designed for example as an outlet channel or as an inlet channel. In fully manufactured state of the reciprocating engine is the gas channel 14 at least one in the Fig. Not shown gas exchange valve assigned, which for example as an exhaust valve or as an inlet valve and formed between a closed position and at least one open position relative to the cylinder head 10 is translationally movable. In the closed position is the gas channel 14 fluidly blocked by the associated gas exchange valve, so that, for example, no gas from the cylinder 12 in the gas channel 14 or vice versa no gas from the gas channel 14 in the cylinder 12 can flow in. In the open position, however, the gas exchange valve is the associated gas channel 14 free, allowing gas from the gas channel 14 in the cylinder 12 or vice versa out of the cylinder 12 in the gas channel 14 can flow.

Dem Gaskanal 14 ist ferner ein separat von dem Zylinderkopf 10 ausgebildeter und mit dem Zylinderkopf 10 verbundener beziehungsweise gefügter Ventilsitzring 16 zugeordnet, welcher einen Ventilsitz 18 für das Gaswechselventil bildet. In der Schließstellung sitzt das Gaswechselventil, insbesondere dessen Ventilteller, auf dem Ventilsitz 18, wodurch der Gaskanal 14 mittels des Gaswechselventils und mittels des Ventilsitzes 18 beziehungsweise des Ventilsitzrings 16 fluidisch vom Zylinder 12 getrennt ist.The gas channel 14 is also a separate from the cylinder head 10 trained and with the cylinder head 10 connected or mated valve seat ring 16 associated with which a valve seat 18 forms for the gas exchange valve. In the closed position, the gas exchange valve, in particular its valve plate, sits on the valve seat 18 , causing the gas channel 14 by means of the gas exchange valve and by means of the valve seat 18 or the valve seat ring 16 fluidic from the cylinder 12 is disconnected.

Die Fig. zeigt dabei den Ventilsitzring 16 in seiner Einbaulage, die der Ventilsitzring 16 in vollständig hergestelltem Zustand der Hubkolbenmaschine einnimmt. Dabei ist wenigstens ein von einem Kühlmedium durchströmbarer Kühlkanal 20 vorgesehen, welcher zum Gaskanal 14 hin durch den Ventilsitzring 16 und auf einer dem Gaskanal 14 abgewandten Seite des Ventilsitzrings 16 durch Zylinderkopf 10 begrenzt ist. Aus der Fig. ist ferner erkennbar, dass der Ventilsitzring 16 einen ersten Teilbereich 22 aufweist, durch welchen der Kühlkanal 20 in der Einbaulage des Ventilsitzrings 16 begrenzt ist. Bei dem Kühlmedium handelt es sich um eine Kühlflüssigkeit, welche auch als Kühlwasser bezeichnet wird. Da der Kühlkanal 20 in radialer Richtung des Ventilsitzrings 16 nach innen durch den ersten Teilbereich 22 und in radialer Richtung des Ventilsitzrings 16 nach außen hin durch den Zylinderkopf 10 begrenzt ist, umströmt das Kühlwasser den ersten Teilbereich 22, insbesondere eine durch den ersten Teilbereich 22 begrenzte, außenumfangseitige Mantelfläche 24 des Ventilsitzrings 16, direkt, so dass ein besonders effektiver Wärmeabtransport von dem Ventilsitzring 16 gewährleistet werden kann. Mit anderen Worten kann ein effektiver Wärmeübergang von dem Ventilsitzring 16, insbesondere von dem ersten Teilbereich 22, an das den Kühlkanal 20 durchströmende Kühlwasser erfolgen, so dass eine besonders hohe Menge an Wärme von dem Ventilsitzring 16 abgeführt werden kann. Dadurch kann der Ventilsitzring 16 besonders effektiv gekühlt werden.The figure shows the valve seat ring 16 in its installation position, the valve seat ring 16 in fully manufactured state of the reciprocating engine occupies. In this case, at least one cooling channel through which a cooling medium can flow 20 provided, which to the gas channel 14 through the valve seat ring 16 and on one of the gas channels 14 opposite side of the valve seat ring 16 through cylinder head 10 is limited. From the Fig. It can also be seen that the valve seat ring 16 a first subarea 22 through which the cooling channel 20 in the installation position of the valve seat ring 16 is limited. The cooling medium is a cooling liquid, which is also referred to as cooling water. Because the cooling channel 20 in the radial direction of the valve seat ring 16 inside through the first section 22 and in the radial direction of the valve seat ring 16 outward through the cylinder head 10 is limited, the cooling water flows around the first portion 22 , in particular one through the first portion 22 limited, outer peripheral side surface 24 of the valve seat ring 16 , directly, allowing a particularly effective heat dissipation from the valve seat ring 16 can be guaranteed. In other words, an effective heat transfer from the valve seat ring 16 , in particular of the first subarea 22 to which the cooling channel 20 flowing cooling water, so that a particularly high amount of heat from the valve seat ring 16 can be dissipated. This allows the valve seat ring 16 be cooled particularly effectively.

Der Ventilsitzring 16 weist ferner einen sich in radialer Richtung des Ventilsitzrings 16 nach innen an den ersten Teilbereich 22 anschließenden zweiten Teilbereich 26 auf, welcher vorliegend auf einer dem Kühlkanal 20 abgewandten Seite des ersten Teilbereichs 22 angeordnet ist. Dies bedeutet, dass der erste Teilbereich 22 in radialer Richtung des Ventilsitzrings 16 zwischen dem Kühlkanal 20 und dem zweiten Teilbereich 26 angeordnet ist.The valve seat ring 16 also has a in the radial direction of the valve seat ring 16 inside to the first section 22 subsequent second subarea 26 on, which in this case on a cooling channel 20 opposite side of the first section 22 is arranged. This means that the first subarea 22 in the radial direction of the valve seat ring 16 between the cooling channel 20 and the second subarea 26 is arranged.

Der Ventilsitzring 16 ist eine separat von dem Zylinderkopf 10 und insbesondere unabhängig von dem Zylinderkopf 10 hergestellte Komponente, wobei der Zylinderkopf 10 und der Ventilsitzring 16 unabhängig voneinander hergestellt und in jeweiligem fertig hergestelltem Zustand miteinander verbunden, das heißt miteinander gefügt werden. Hierzu wird der Ventilsitzring 16 zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, in den Zylinderkopf 10 eingesetzt und beispielsweise formschlüssig, insbesondere durch Einpressen, oder stoffschlüssig, insbesondere durch Schweißen wie beispielsweise Reibschweißen, mit dem Zylinderkopf 10 verbunden.The valve seat ring 16 is a separate from the cylinder head 10 and in particular independent of the cylinder head 10 manufactured component, wherein the cylinder head 10 and the valve seat ring 16 produced independently of one another and connected to one another in the respective finished state, that is to say they are joined together. For this purpose, the valve seat ring 16 at least partially, in particular at least predominantly or completely, in the cylinder head 10 used and for example positive fit, in particular by pressing, or cohesively, in particular by welding such as friction welding, with the cylinder head 10 connected.

Um einen besonders vorteilhaften Wärmeabtransport von dem Ventilsitzring 16 zu realisieren, ist der zweite Teilbereich 26 zumindest teilweise aus Kupfer (Cu) gebildet. Der Zylinderkopf 10 ist beispielsweise aus einem Leichtmetall wie beispielsweise Aluminium gebildet. Üblicherweise kommen dabei kupfer-infiltrierte Bereiche des Ventilsitzrings 16 in Kontakt mit dem Aluminium des Zylinderkopfs 10, insbesondere an jeweiligen Kontaktstellen. Diese Kontaktstellen werden während des Betriebs der Hubkolbenmaschine von dem wässrigen Kühlmedium, welches auch als Kühlmittel bezeichnet wird, umspült, wodurch üblicherweise elektro-chemische Lokalelemente entstehen können, die zu einem erhöhten korrosiven Angriff und Versagen der Anbindung führen können.To a particularly advantageous heat dissipation from the valve seat ring 16 to realize is the second part 26 at least partially formed of copper (Cu). The cylinder head 10 For example, it is made of a light metal such as aluminum. Usually come here copper-infiltrated areas of the valve seat ring 16 in contact with the aluminum of the cylinder head 10 , in particular at respective contact points. These contact points are flushed during operation of the reciprocating engine of the aqueous cooling medium, which is also referred to as coolant, which usually electro-chemical local elements can arise, which can lead to increased corrosive attack and failure of the connection.

Dieses Problem wird nun dadurch gelöst, dass der Ventilsitzring 16 aus einem Werkstoffverbund aufgebaut ist beziehungsweise wird, der sich in dem Verbund mit dem Zylinderkopf 10 korrosiv unbedenklich verhält.This problem is now solved by the valve seat ring 16 is constructed of a composite material or is, which is in the composite with the cylinder head 10 corrosive harmless behaves.

Dabei ist es vorgesehen, dass der Ventilsitzring 16 als Verbundbauteil durch gemeinsames Sintern der aus voneinander unterschiedlichen Werkstoffen gebildeten Teilbereiche 22, 26 hergestellt ist beziehungsweise wird. Mit anderen Worten ist es vorgesehen, dass der Ventilsitzring 16 als Verbundbauteil hergestellt wird, indem die aus voneinander unterschiedlichen Werkstoffen gebildeten Teilbereiche 22 und 26 gemeinsam gesintert werden. Die Teilbereiche 22 und 26 werden dabei beispielsweise aus voneinander unterschiedlichen Pulvern hergestellt, welche gepresst und gesintert werden, um dadurch den Ventilsitzring 16 herzustellen. Dabei wird der äußere erste Teilbereich 22 beispielsweise aus einem niedriglegierten Eisen-Werkstoff, insbesondere aus einem niedriglegierten Stahl, aus Gusseisen oder aus einer Aluminiumlegierung hergestellt und als dichter Außenrand ausgebildet, welcher keine oder eine nicht-durchgängige Porosität aufweist.It is envisaged that the valve seat ring 16 as composite component by common sintering of the formed from different materials subregions 22 . 26 is or is made. In other words, it is provided that the valve seat ring 16 is produced as a composite component by the formed from mutually different materials sections 22 and 26 sintered together. The subareas 22 and 26 For example, they are made from powders different from each other, which are pressed and sintered, thereby forming the valve seat ring 16 manufacture. In this case, the outer first portion 22 for example, made of a low-alloy iron material, in particular of a low-alloy steel, cast iron or an aluminum alloy and formed as a dense outer edge, which has no or a non-continuous porosity.

Gegenüber dem ersten Teilbereich 22 weist der zweite Teilbereich 26 beispielsweise eine höhere Porosität auf und ist beispielsweise aus einem hochlegierten, porös zu sinternden Funktionswerkstoff gebildet. Da der erste Teilbereich 22 jedoch nicht porös oder nicht-durchgängig porös ist, kann das den Kühlkanal 20 durchströmende Kühlwasser nicht durch den Teilbereich 22 hindurch strömen und somit nicht in Kontakt mit dem Teilbereich 26 gelangen. Das Sintern wird dabei derart durchgeführt, dass zwar eine erforderliche Kupfer-Infiltration stattfindet, jedoch dass keinerlei Kupfer-Phase an eine von dem Kühlwasser umspülte Oberfläche des Teilbereichs 22 gelangt. Das Kupfer des Teilbereichs 26 wird zumindest mittels des Teilbereichs 22 gegen den Kühlkanal 20 abgedichtet und somit vor dem Kühlwasser geschützt, so dass eine übermäßige Korrosion vermieden werden kann.Opposite the first section 22 indicates the second subarea 26 For example, a higher porosity and is formed for example of a high-alloy, porous sintered functional material. As the first subarea 22 however, if it is not porous or non-consistently porous, this can be the cooling channel 20 flowing cooling water not through the sub-area 22 through and thus not in contact with the sub-area 26 reach. The sintering is carried out in such a way that, although a required copper infiltration takes place, but that no copper phase to a surface of the sub-area washed by the cooling water 22 arrives. The copper of the subarea 26 is at least by means of the subarea 22 against the cooling channel 20 sealed and thus protected from the cooling water, so that excessive corrosion can be avoided.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102004027084 A1 [0002]

Claims

Valve seat ring for a reciprocating engine, with at least a first portion ( 22 ), through which in installation position of the valve seat ring ( 16 ) at least one cooling medium through which can flow ( 20 ) is limited, and with at least one in the radial direction of the valve seat ring ( 16 ) inward to the first subregion ( 22 ) subsequent second subarea ( 26 ), characterized in that the valve seat ring ( 16 ) as a composite component by jointly sintering the sections formed from different materials ( 22 . 26 ) is made.

Valve seat ring according to claim 1, characterized in that the second portion ( 26 ) on a in the installation position the cooling channel ( 20 ) facing away from the first section ( 22 ) is arranged.

Valve seat ring according to claim 1 or 2, characterized in that the second portion ( 26 ) has at least copper.

Valve seat ring according to one of the preceding claims, characterized in that the first subregion ( 22 ) is formed from a ferrous material, in particular from a steel and preferably from a low-alloy steel, from cast iron or from a light metal, in particular aluminum.

Method for producing a valve seat ring ( 16 ) for a reciprocating piston engine in which the valve seat ring ( 16 ) from at least a first subregion ( 22 ), through which in installation position of the valve seat ring ( 16 ) at least one cooling medium through which can flow ( 20 ) is limited, and from at least one in the radial direction of the valve seat ring ( 16 ) inward to the first subregion ( 22 ) subsequent second subarea ( 26 ), characterized in that the valve seat ring ( 16 ) is produced as a composite component by the sub-regions formed from mutually different materials ( 22 . 26 ) are sintered together.