DE102016006257A1 - Valve seat ring for a reciprocating engine, and method for producing such a valve seat ring - Google Patents

Valve seat ring for a reciprocating engine, and method for producing such a valve seat ring Download PDF

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Heinz-Dieter Hesse
Rainer Joos
Karl-Heinz Mayer
Rudolf Reinhardt
Roland Schweikardt
Ulrich Schweizer
Georg Seidel
Canan Tasdemir
Dirk Lindenau
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Ventilsitzring für eine Hubkolbenmaschine, mit wenigstens einem ersten Teilbereich (24), durch welchen in Einbaulage des Ventilsitzrings (16) wenigstens ein von einem Kühlmedium (18) durchströmbarer Kühlkanal (20) zumindest teilweise begrenzt ist, und mit wenigstens einem sich in radialer Richtung des Ventilsitzrings (16) nach innen an den ersten Teilbereich (24) anschließenden zweiten Teilbereich (26), wobei der zweite Teilbereich (26) als ein aus einem ersten Werkstoff gebildeter Träger (28) und der erste Teilbereich (24) als eine aus einem vom ersten Werkstoff unterschiedlichen zweiten Werkstoff gebildete passivierende Schicht (30) ausgebildet ist, mit welcher eine in der Einbaulage dem Kühlkanal (20) zugewandte Seite (32) des Trägers (28) zumindest teilweise durch Sintern versehen ist.The invention relates to a valve seat ring for a reciprocating engine, with at least a first portion (24) through which in installation position of the valve seat ring (16) at least one of a cooling medium (18) flow-through cooling channel (20) is at least partially limited, and at least one in the radial direction of the valve seat ring (16) inwardly adjoining the first portion (24) second portion (26), wherein the second portion (26) as a formed of a first material carrier (28) and the first portion (24) as a passivating layer (30), formed from a second material different from the first material, with which a side (32) of the carrier (28) facing the cooling channel (20) in the installed position is at least partially provided by sintering.

Description

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

Ein solcher Ventilsitzring für eine Hubkolbenmaschine ist 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 Kühlmedium, insbesondere einer Kühlflüssigkeit, durchströmbarer Kühlkanal zumindest teilweise 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 beispielsweise als Verbrennungskraftmaschine ausgebildeten Hubkolbenmaschine verbunden. Dabei ist der Ventilsitzring beispielsweise zumindest teilweise, insbesondere zumindest 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 Ventilsitzrings begrenzt ist – den ersten Teilbereich des Ventilsitzrings direkt anströmen und umströmen. Hierdurch ist ein besonders effektiver Wärmeabtransport von dem Ventilsitzring realisierbar, sodass der Ventilsitzring effektiv gekühlt werden kann. Der Ventilsitzring weist ferner wenigstens einen sich in radialer Richtung des Ventilsitzrings nach innen an den ersten Teilbereich anschließenden zweiten Teilbereich auf, sodass der Ventilsitzring zumindest aus den Teilbereichen hergestellt ist.Such a valve seat ring for a reciprocating engine is 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 installation position of the valve seat ring, at least one cooling channel through which a cooling medium, in particular a coolant, can flow, is at least partially delimited. The valve seat ring takes its installation position in fully manufactured state of the reciprocating engine. In this fully established state of the reciprocating engine, the valve seat ring is connected to a cylinder head formed separately from the valve seat ring of the piston engine designed, for example, as an internal combustion engine. In this case, the valve seat ring, for example, at least partially, in particular at least predominantly used in 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. 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 at least from the partial areas.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Ventilsitzring der eingangs genannten Art und ein Verfahren zu schaffen, sodass ein besonders vorteilhafter Korrosionsschutz realisiert werden kann.Object of the present invention is to provide a valve seat ring of the type mentioned and a method, so that a particularly advantageous corrosion protection 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 7 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 7. 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 ein besonders vorteilhafter Korrosionsschutz, insbesondere gegenüber Kontaktkorrosion, realisiert werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der zweite Teilbereich als ein aus einem ersten Werkstoff gebildeter Träger und der erste Teilbereich als eine passivierende Schicht ausgebildet ist, welche aus einem vom ersten Werkstoff unterschiedlichen zweiten Werkstoff gebildet ist. Dabei ist eine in der Einbaulage dem Kühlkanal zugewandte Seite des Trägers zumindest teilweise mit der passivierenden Schicht durch Sintern versehen. Mit anderen Worten ist die passivierende Schicht durch Sintern an dem Träger angeordnet beziehungsweise auf den Träger aufgebracht, sodass ein besonders vorteilhafter Korrosionsschutz auf einfache und kostengünstige Weise realisiert werden kann.In order to develop a valve seat ring specified in the preamble of claim 1 type such that a particularly advantageous corrosion protection, especially against contact corrosion, can be realized, it is inventively provided that the second portion as a carrier formed from a first material and the first portion than a passivating layer is formed, which is formed from a second material different from the first material. In this case, a side of the carrier facing the cooling channel in the installed position is at least partially provided with the passivating layer by sintering. In other words, the passivating layer is arranged by sintering on the carrier or applied to the carrier, so that a particularly advantageous corrosion protection can be realized in a simple and cost-effective manner.

Der Erfindung liegt dabei insbesondere folgende Erkenntnis zugrunde: Der erfindungsgemäße Ventilsitzring ist ein direkt gekühlter Sitzring, da das beispielsweise als Kühlflüssigkeit ausgebildete Kühlmedium während eines Betriebs des Hubkolbenmaschine durch den Kühlkanal strömt und somit – da der Kühlkanal zumindest teilweise durch den ersten Teilbereich beziehungsweise durch den Ventilsitzring begrenzt ist – den ersten Teilbereich beziehungsweise den Ventilsitzring direkt an- und umströmt. Dies bedeutet, dass das Kühlmedium in direkten Kontakt mit dem ersten Teilbereich beziehungsweise mit dem Ventilsitzring kommt. Dadurch kann ein besonders vorteilhafter Wärmeabtransport von dem Ventilsitzring realisiert werden, da Wärme zumindest im Wesentlichen direkt von dem Ventilsitzring an das den Ventilsitzring umströmende Kühlmedium übergehen kann. Hierdurch kann der Ventilsitzring besonders effektiv gekühlt werden. Bei einem solchen direkt gekühlten Ventilsitzring besteht grundsätzlich jedoch auch eine erhöhte Korrosionsanfälligkeit, da es gegebenenfalls zu einem Potentialunterschied zwischen einem beispielsweise aus Aluminium gebildeten und separat von dem Ventilsitzring ausgebildeten Zylinderkopf und dem mit dem Zylinderkopf verbundenen und dabei zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, in den Zylinderkopf eingesetzten Ventilsitzring kommen kann, sodass ein Lokalelement entsteht. Ferner kommt es zu einer erhöhten Korrosionsanfälligkeit aufgrund des anwesenden Kühlmediums, welches auch als Kühlmittel bezeichnet wird.The invention is based in particular on the following finding: The valve seat ring according to the invention is a directly cooled seat ring, since the coolant formed for example as cooling fluid flows through the cooling channel during operation of the reciprocating engine and thus - as the cooling channel at least partially through the first portion or through the valve seat ring is limited - the first portion or the valve seat ring directly on and flows around. This means that the cooling medium comes into direct contact with the first portion or with the valve seat ring. Thereby, a particularly advantageous heat removal from the valve seat ring can be realized, since heat can pass at least substantially directly from the valve seat ring to the cooling medium flowing around the valve seat ring. As a result, the valve seat ring can be cooled particularly effectively. In such a directly cooled valve seat ring, however, there is in principle also an increased susceptibility to corrosion, since it may lead to a potential difference between a cylinder head formed for example from aluminum and formed separately from the valve seat ring and that connected to the cylinder head and at least partially, in particular at least predominantly or completely, can come into the cylinder head inserted valve seat ring, so that a local element is formed. Furthermore, there is an increased susceptibility to corrosion due to the presence of cooling medium, which is also referred to as a coolant.

Einer solchen Korrosionsanfälligkeit kann nun mittels des erfindungsgemäßen Ventilsitzrings entgegengewirkt werden, da der erste Teilbereich als eine passivierende Schicht ausgebildet ist, mittels welcher der zweite Teilbereich und somit der Träger zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, vor dem Kühlmedium geschützt beziehungsweise vor dem Kühlmedium abgeschirmt werden können. In der Einbaulage, die der Ventilsitzring im vollständig hergestellten Zustand der Hubkolbenmaschine einnimmt, ist der erste Teilbereich beispielsweise zumindest teilweise zwischen dem zweiten Teilbereich und dem Kühlkanal angeordnet, sodass beispielsweise zumindest ein Teil des Kühlkanal auf einer dem zweiten Teilbereich abgewandten Seite des ersten Teilbereichs angeordnet ist. Dadurch kann der zweite Teilbereich beziehungsweise der Träger vor einem übermäßigen Kontakt mit dem den Kühlkanal durchströmenden Kühlmedium geschützt werden.Such a susceptibility to corrosion can now be counteracted by means of the valve seat ring according to the invention, since the first portion is formed as a passivating layer, by means of which the second portion and thus the carrier at least partially, in particular at least predominantly or completely, protected from the cooling medium or shielded from the cooling medium can be. In the installation position, which occupies the valve seat ring in the fully manufactured state of the reciprocating engine, the first portion is for example at least partially disposed between the second portion and the cooling channel, so that, for example, at least a portion of the cooling channel on a second portion remote side of the first portion is arranged. As a result, the second subregion or the carrier can be protected against excessive contact with the cooling medium flowing through the cooling channel.

Die zumindest teilweise mit der passivierenden Schicht versehene Seite des zweiten Teilbereichs wird auch als Außenseite bezeichnet, da sie in radialer Richtung des Ventilsitzrings nach außen weist. Dabei ist der zweite Teilbereich beispielsweise ein Sitzringrohling, welcher auf seiner Außenseite über die passivierende Schicht verfügt, die beispielsweise an den zweiten Teilbereich, insbesondere an die Außenseite, angesintert ist. Dabei weist die passivierende Schicht beispielsweise ein ähnliches oder das gleiche elektrochemische Potential wie der Zylinderkopf beziehungsweise dessen Werkstoff auf. Da der erste Teilbereich den Kühlkanal in der Einbaulage zumindest teilweise begrenzt, ist der erste Teilbereich ein sogenannter kühlmediumseitiger oder kühlwasserseitiger Bestandteil des Ventilsitzrings, wobei der kühlmediumseitige Bestandteil beispielsweise aus einem niedriglegierten Stahl, Gusseisen oder vorzugsweise aus einem Leichtmetall, insbesondere aus Aluminium, gebildet sein kann. Dies bedeutet, dass es sich bei dem ersten Werkstoff beispielsweise um einen niedriglegierten Stahl, Gusseisen oder um ein Leichtmetall, insbesondere um Aluminium, handelt. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der zweite Teilbereich aus einem Stahl gebildet ist, sodass der zweite Werkstoff beispielsweise ein Stahl ist.The at least partially provided with the passivating layer side of the second portion is also referred to as the outside, since it points in the radial direction of the valve seat ring to the outside. In this case, the second subregion is, for example, a seat ring blank which has on its outside the passivating layer which is sintered, for example, to the second subregion, in particular to the outside. In this case, for example, the passivating layer has a similar or the same electrochemical potential as the cylinder head or its material. Since the first portion of the cooling channel in the installed position at least partially limited, the first portion is a so-called Kühlmediumseitiger or Kühlwasserseitiger part of the valve seat ring, the cooling medium side component, for example, a low-alloy steel, cast iron or preferably from a light metal, in particular aluminum, may be formed , This means that the first material is, for example, a low-alloy steel, cast iron or a light metal, in particular aluminum. Alternatively or additionally, it may be provided that the second portion is formed of a steel, so that the second material is for example a steel.

Zur Erfindung gehört auch ein Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Ventilsitzrings. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Ventilsitzrings sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens anzusehen und umgekehrt. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der Ventilsitzring mit einer hohen Resistenz gegenüber Kontaktkorrosion in möglichst einfacher und betriebssicherer Weise hergestellt werden, da der Ventilsitzring zumindest aus den zwei Teilbereichen hergestellt wird. Dabei bildet der erste Teilbereich eine passivierende Schicht, wobei der erste Teilbereich beispielsweise aus einem kontaktkorrosionsinerten Vollmaterial gebildet ist. Dabei ist der erste Teilbereich beziehungsweise das Vollmaterial beispielsweise an den zweiten Teilbereich angesintert. Beispielsweise ist der zweite Werkstoff ein Grundmaterial oder ein Basiswerkstoff des Ventilsitzrings, wobei der Basiswerkstoff beispielsweise unedler als der Werkstoff, aus welchem der Zylinderkopf gebildet ist, ist.The invention also includes a method for producing a valve seat ring according to the invention. 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. By means of the method according to the invention, the valve seat ring can be produced with a high resistance to contact corrosion in the simplest possible and reliable manner, since the valve seat ring is produced at least from the two subregions. In this case, the first subregion forms a passivating layer, wherein the first subregion is formed, for example, from a solid material that is free from contact corrosion. Here, the first portion or the solid material is sintered, for example, to the second portion. For example, the second material is a base material or a base material of the valve seat ring, wherein the base material, for example, is less noble than the material from which the cylinder head is formed.

Um die Kosten des Ventilsitzrings besonders gering zu halten, ist es beispielsweise vorgesehen, dass der zweite Werkstoff gegenüber dem ersten Werkstoff unedler und kostengünstiger ist.In order to keep the cost of the valve seat ring particularly low, it is for example provided that the second material compared to the first material is less expensive and less expensive.

Die Herstellung des Ventilsitzrings kann beispielsweise durch wenigstens zwei Sinterverfahren beziehungsweise Sinterschritte erfolgen, welche zeitlich nacheinander durchgeführt werden können. In einem ersten der Schritte beziehungsweise in einem der Sinterverfahren wird beispielsweise einer der Teilbereiche hergestellt. In dem zweiten Sinterschritt beziehungsweise in dem zweiten Sinterverfahren, welches dem ersten Sinterverfahren ähnlich sein oder gleichen kann, wird dann beispielsweise der andere Teilbereich hergestellt. Dieser Herstellungsvorgang in wenigstens zwei Sinterschritten erfolgt beispielsweise aufgrund der Verwendung der unterschiedlichen Werkstoffe für die Teilbereiche, sodass die Werkstoffe beziehungsweise die Teilbereiche in dem jeweiligen Sinterschritt beispielsweise bei unterschiedlichen Temperaturen gesintert werden. Dabei wird beispielsweise zumindest der zweite Teilbereich aus einem Pulver, insbesondere aus einem Metallpulver, gesintert. Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass der erste Teilbereich aus einem Pulver, insbesondere aus einem Metallpulver, gesintert wird. Alternativ dazu ist es möglich, den ersten Teilbereich als bereits hergestelltes Vollmaterial beziehungsweise Bauteil bereitzustellen und durch Sintern mit dem zweiten Teilbereich zu verbinden. Bei dem Vollmaterial handelt es sich beispielsweise um eine Hülse oder um ein Rundblech.The manufacture of the valve seat ring can be carried out, for example, by at least two sintering processes or sintering steps, which can be carried out successively in terms of time. In a first of the steps or in one of the sintering processes, for example, one of the subregions is produced. In the second sintering step or in the second sintering process, which may be similar or similar to the first sintering process, the other subregion is then produced, for example. This production process in at least two sintering steps takes place, for example, due to the use of the different materials for the partial regions, so that the materials or the partial regions are sintered in the respective sintering step, for example at different temperatures. In this case, for example, at least the second subregion is sintered from a powder, in particular from a metal powder. Alternatively or additionally, it is conceivable that the first subregion is sintered from a powder, in particular from a metal powder. Alternatively, it is possible to provide the first portion as already produced solid material or component and to connect by sintering with the second portion. The solid material is, for example, a sleeve or a round sheet.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments and from the drawings; these show in:

1 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht durch eine als Verbrennungskraftmaschine ausgebildete Hubkolbenmaschine für ein Kraftfahrzeug, mit einem Zylinderkopf, und mit einem separat von dem Zylinderkopf ausgebildeten und mit dem Zylinderkopf verbundenen Ventilsitzring gemäß einer ersten Ausführungsform, mit einem aus einem ersten Werkstoff gebildeten und als ein Träger ausgebildeten ersten Teilbereich und mit einem zweiten Teilbereich, der als eine aus einem vom ersten Werkstoff unterschiedlichen zweiten Werkstoff gebildeten passivierende Schicht ausgebildet ist, mit welcher eine Seite des Träger zumindest teilweise durch Sintern versehen ist; 1 a schematic sectional view of a trained as an internal combustion engine reciprocating engine for a motor vehicle, with a cylinder head, and with a separately formed from the cylinder head and connected to the cylinder head valve seat ring according to a first embodiment, with a formed of a first material and designed as a carrier first Partial region and with a second portion which is formed as a passivating layer formed from a second material different from the first material, with which one side of the carrier is at least partially provided by sintering;

2 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht durch die Hubkolbenmaschine mit dem Ventilsitzring gemäß einer zweiten Ausführungsform; und 2 a detail of a schematic sectional view through the reciprocating engine with the valve seat ring according to a second embodiment; and

3 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht durch die Hubkolbenmaschine mit dem Ventilsitzring gemäß einer dritten Ausführungsform. 3 a detail of a schematic sectional view through the reciprocating engine with the valve seat ring according to a third embodiment.

In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. In the figures, the same or functionally identical elements are provided with the same reference numerals.

1 zeigt ausschnittsweise in einer schematischen Schnittansicht eine Hubkolbenmaschine für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Kraftfahrzeug. Dabei ist die Hubkolbenmaschine beispielsweise als Verbrennungskraftmaschine ausgebildet, mittels welcher das Kraftfahrzeug antreibbar ist. Die Hubkolbenmaschine weist ein Zylindergehäuse auf, durch welches wenigstens ein Brennraum 10 gebildet ist. Beispielsweise ist der Brennraum 10 als Zylinder ausgebildet. Ferner umfasst die Hubkolbenmaschine einen in 1 ausschnittsweise erkennbaren, separat von dem Zylindergehäuse ausgebildeten und mit dem Zylindergehäuse verbundenen Zylinderkopf 12, welcher beispielsweise als Gußbauteil, das heißt durch ein Gießverfahren hergestellt ist. Dabei ist der Zylinderkopf 12 beispielsweise aus einem Leichtmetall, insbesondere aus Aluminium, gebildet. Der Zylinderkopf 12 bildet dabei ein Brennraumdach für den Brennraum 10. 1 shows a detail in a schematic sectional view of a reciprocating engine for a vehicle, in particular for a motor vehicle. In this case, the reciprocating engine is designed, for example, as an internal combustion engine, by means of which the motor vehicle can be driven. The reciprocating engine has a cylinder housing through which at least one combustion chamber 10 is formed. For example, the combustion chamber 10 designed as a cylinder. Furthermore, the reciprocating piston engine comprises an in 1 partially recognizable, formed separately from the cylinder housing and connected to the cylinder housing cylinder head 12 which is produced, for example, as a cast component, that is to say by a casting method. Here is the cylinder head 12 for example, made of a light metal, in particular aluminum. The cylinder head 12 forms a combustion chamber roof for the combustion chamber 10 ,

Der Zylinderkopf 12 weist wenigstens einen dem Brennraum 10 zugeordneten Gaskanal 14 auf, welcher insbesondere während eines Betriebs der Hubkolbenmaschine von wenigstens einem Gas durchströmbar ist. Ist der Gaskanal 14 beispielsweise als Einlasskanal ausgebildet, so wird dem Brennraum 10 während eines gefeuerten Betriebs der Hubkolbenmaschine über den Gaskanal 14 zumindest Luft zugeführt. Ferner ist es denkbar, dass der Gaskanal 14 als Auslasskanal ausgebildet ist, sodass während des gefeuerten Betriebs der Hubkolbenmaschine im Brennraum 10 entstehendes Abgas über den Gaskanal 14 aus dem Brennraum 10 abgeführt wird.The cylinder head 12 has at least one the combustion chamber 10 associated gas channel 14 which can be flowed through by at least one gas, in particular during operation of the reciprocating engine. Is the gas channel 14 For example, designed as an inlet channel, so is the combustion chamber 10 during a fired operation of the reciprocating engine via the gas passage 14 at least supplied air. Furthermore, it is conceivable that the gas channel 14 is designed as an outlet, so that during the fired operation of the reciprocating engine in the combustion chamber 10 emerging exhaust gas via the gas channel 14 from the combustion chamber 10 is dissipated.

In vollständig hergestelltem Zustand der Hubkolbenmaschine ist dem Gaskanal 14 ein in 1 nicht dargestelltes Gaswechselventil zugeordnet. Ist der Gaskanal 14 als Einlasskanal ausgebildet, so handelt es sich bei dem Gaswechselventil um ein Einlassventil. Ist der Gaskanal 14 jedoch als Auslasskanal ausgebildet, so ist das Gaswechselventil ein Auslassventil. Das Gaswechselventil ist zwischen einer Schließstellung und wenigstens einer Offenstellung relativ zu dem Zylinderkopf 12, insbesondere translatorisch, bewegbar. In der Schließstellung versperrt das Gaswechselventil den Gaskanal 14, sodass in der Schließstellung des Gaswechselventils kein Gas aus dem Gaskanal 14 in den Brennraum 10 beziehungsweise umgekehrt kein Gas aus dem Brennraum 10 in den Gaskanal 14 einströmen kann. In der Offenstellung jedoch gibt das Wechselventil den zugeordneten Gaskanal 14 frei, sodass in der Offenstellung des Gaswechselventils Gas aus dem Gaskanal 14 den Brennraum 10 beziehungsweise umgekehrt Gas aus dem Brennraum 10 in den Gaskanal 14 einströmen kann.In fully manufactured state of the reciprocating engine is the gas channel 14 a in 1 Not shown gas exchange valve assigned. Is the gas channel 14 formed as an inlet channel, it is in the gas exchange valve to an inlet valve. Is the gas channel 14 However, designed as an outlet, the gas exchange valve is an exhaust valve. The gas exchange valve is between a closed position and at least one open position relative to the cylinder head 12 , in particular translational, movable. In the closed position, the gas exchange valve blocks the gas channel 14 so that in the closed position of the gas exchange valve no gas from the gas channel 14 in the combustion chamber 10 or vice versa no gas from the combustion chamber 10 in the gas channel 14 can flow in. In the open position, however, the shuttle valve gives the associated gas channel 14 free, so that in the open position of the gas exchange valve gas from the gas channel 14 the combustion chamber 10 or vice versa gas from the combustion chamber 10 in the gas channel 14 can flow in.

Die Hubkolbenmaschine umfasst ferner einen separat von dem Zylinderkopf 12 ausgebildeten und mit dem Zylinderkopf 12 verbundenen Ventilsitzring 16, welcher im vollständig hergestellten Zustand die Hubkolbenmaschine zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, in den Zylinderkopf 12 eingesetzt ist. Beispielsweise ist der Ventilsitzring 16 durch Schweißen, insbesondere durch Reibschweißen, mit dem Zylinderkopf 12 verbunden. Durch den Ventilsitzring 16 ist ein Ventilsitz 22 gebildet, auf welchem das Gaswechselventil in seiner Schließstellung sitzt. Mit anderen Worten befindet sich das Gaswechselventil in seiner Schließstellung in Stützanlage mit dem Ventilsitz 22, wodurch der Gaskanal 14 fluidisch versperrt ist.The reciprocating engine further includes a separate from the cylinder head 12 trained and with the cylinder head 12 connected valve seat ring 16 , Which in the fully manufactured state, the reciprocating piston engine at least partially, in particular at least predominantly or completely, in the cylinder head 12 is used. For example, the valve seat ring 16 by welding, in particular by friction welding, with the cylinder head 12 connected. Through the valve seat ring 16 is a valve seat 22 formed, on which the gas exchange valve is seated in its closed position. In other words, the gas exchange valve is in its closed position in support system with the valve seat 22 , causing the gas channel 14 is fluidly locked.

Ferner umfasst die Hubkolbenmaschine in ihrem vollständig hergestellten Zustand wenigstens einen von einem Kühlmedium 18 durchströmbaren Kühlkanal 20, welcher teilweise direkt durch den Zylinderkopf 12 und teilweise direkt durch den Ventilsitzring 16 begrenzt ist. Vorliegend handelt es sich bei dem Kühlmedium um eine Kühlflüssigkeit, welche auch als Kühlwasser bezeichnet wird. Der Kühlkanal 20 ist beispielsweise Bestandteil eines Kühlmantels der Hubkolbenmaschine, wobei der Kühlmantel auch als Wassermantel bezeichnet wird. Der Wassermantel ist dabei von dem Kühlwasser durchströmbar.Furthermore, the reciprocating engine in its fully manufactured state comprises at least one of a cooling medium 18 flow-through cooling channel 20 , which partly directly through the cylinder head 12 and partly directly through the valve seat ring 16 is limited. In the present case, the cooling medium is a cooling liquid, which is also referred to as cooling water. The cooling channel 20 is for example part of a cooling jacket of the reciprocating engine, wherein the cooling jacket is also referred to as a water jacket. The water jacket can be flowed through by the cooling water.

Da der Kühlkanal 20 jeweils teilweise direkt durch den Zylinderkopf 12 und durch den Ventilsitzring 16 gebildet ist, kann das dem Kühlkanal 20 durchströmende Kühlmedium den Zylinderkopf 12 und den Ventilsitzring 16 direkt anströmen beziehungsweise umströmen und somit direkt berühren, sodass ein effektiver Wärmeübergang von dem Zylinderkopf 12 und/oder von dem Ventilsitzring 16 an das den Kühlkanal 20 durchströmende Kühlmedium 18 erfolgen kann. Dadurch kann insbesondere der Ventilsitzring 16 effektiv gekühlt werden.Because the cooling channel 20 each partially directly through the cylinder head 12 and through the valve seat ring 16 is formed, which can the cooling channel 20 flowing cooling medium the cylinder head 12 and the valve seat ring 16 directly flow or flow around and thus touch directly, so that an effective heat transfer from the cylinder head 12 and / or from the valve seat ring 16 to the the cooling channel 20 flowing cooling medium 18 can be done. As a result, in particular the valve seat ring 16 be effectively cooled.

1 zeigt dabei eine erste Ausführungsform des Ventilsitzrings 16. Ferner zeigt 1 eine Einbaulage des Ventilsitzrings 16, der seine Einbaulage in vollständig hergestelltem Zustand der Hubkolbenmaschine einnimmt. Dabei weist der Ventilsitzring 16 einen ersten Teilbereich 24 auf, durch welchen der Kühlkanal 20 in der Einbaulage des Ventilsitzrings 16, das heißt im vollständig hergestellten Zustand der Hubkolbenmaschine, teilweise begrenzt ist. Ferner weist der Ventilsitzring 16 einen sich in radialer Richtung des Ventilsitzrings 16 nach innen an den ersten Teilbereich 24 anschließenden zweiten Teilbereich 26 auf. 1 shows a first embodiment of the valve seat ring 16 , Further shows 1 an installation position of the valve seat ring 16 , which assumes its installation position in fully manufactured state of the reciprocating engine. In this case, the valve seat ring 16 a first subarea 24 through which the cooling channel 20 in the installation position of the valve seat ring 16 That is, in the fully manufactured state of the reciprocating engine, that is partially limited. Furthermore, the valve seat ring 16 a in the radial direction of the valve seat ring 16 inside to the first section 24 subsequent second subarea 26 on.

Um nun einen besonders vorteilhaften Korrosionsschutz, insbesondere gegenüber Kontaktkorrosion, zu realisieren, ist der zweite Teilbereich 26 als ein aus einem ersten Werkstoff gebildeter Träger 28 ausgebildet. Ferner ist der erste Teilbereich 24 als eine aus einem vom ersten Werkstoff unterschiedlichen zweiten Werkstoff gebildete passivierende Schicht 30 ausgebildet, mit welcher eine in der Einbaulage dem Kühlkanal 20 zugewandte Seite 32 des Trägers 28 zumindest teilweise durch Sintern versehen ist.In order to realize a particularly advantageous corrosion protection, especially against contact corrosion, is the second part 26 as a carrier formed of a first material 28 educated. Furthermore, the first subarea 24 as a passivating layer formed of a second material different from the first material 30 designed, with which one in the installation position the cooling channel 20 facing side 32 of the carrier 28 is at least partially provided by sintering.

Die passivierende Schicht 30 ist somit in radialer Richtung des Ventilsitzrings 16 zwischen dem Kühlkanal 20 und dem Träger 28 angeordnet, sodass der Träger 28 auf einer dem Kühlkanal 20 abgewandten Seite der Schicht 30 angeordnet ist, und sodass der Kühlkanal 20 auf einer dem Träger 28 abgewandten Seite der passivierenden Schicht 30 angeordnet ist.The passivating layer 30 is thus in the radial direction of the valve seat ring 16 between the cooling channel 20 and the carrier 28 arranged so that the carrier 28 on a cooling channel 20 opposite side of the layer 30 is arranged, and so that the cooling channel 20 on one of the carrier 28 opposite side of the passivating layer 30 is arranged.

Da die passivierende Schicht 30 und der Träger 28 aus voneinander unterschiedlichen Werkstoffen gebildet sind, weisen die Werkstoffe voneinander unterschiedliche Sintertemperarturen auf. Dabei ist beispielsweise die passivierende Schicht 30 aus einem Aluminium gebildet, wobei der Träger 28 aus einem Grundmaterial oder aus einem Grundwerkstoff gebildet ist, welcher beispielsweise ein Stahl ist. Der Grundwerkstoff wird auch als Sitzringgrundwerkstoff bezeichnet. Aufgrund dieser unterschiedlichen Sintertemperaturen werden der Träger 28 und die Schicht 30 beispielsweise in zwei als Sinterschritte ausgebildeten Arbeitsschritten bei unterschiedlichen Temperaturen gesintert, wobei die Sinterschritte beispielsweise zeitlich aufeinanderfolgend durchgeführt werden. Im Rahmen des jeweiligen Sinterschritts wird der jeweilige Teilbereich 24 beziehungsweise 26 beispielsweise aus einem Pulver, insbesondere aus einem Metallpulver, hergestellt.Because the passivating layer 30 and the carrier 28 are formed from mutually different materials, the materials have mutually different sintering temperatures. In this case, for example, the passivating layer 30 formed from an aluminum, the carrier 28 is formed of a base material or of a base material, which is for example a steel. The base material is also referred to as seat ring base material. Due to these different sintering temperatures become the carrier 28 and the layer 30 sintered, for example, in two steps designed as sintering steps at different temperatures, wherein the sintering steps are performed, for example, temporally successive. Within the scope of the respective sintering step, the respective subarea 24 respectively 26 for example, from a powder, in particular from a metal powder produced.

Die passivierende Schicht 30 ist ein passivierender Anteil, welcher statt in Pulverform beziehungsweise statt aus einem Pulver gegebenenfalls auch als Vollmaterial, das heißt als bereits hergestelltes Bauteil bereitgestellt und beispielsweise an den Träger 28, insbesondere an dessen Seite 32, angesintert werden kann. Bei dem Vollmaterial handelt es sich beispielsweise um eine eigensteife und bereits hergestellte Hülse oder aber um ein eigensteifes und bereits hergestelltes Rundblech, sodass die passivierende Schicht 30 beispielsweise als Hülse oder Rundblech bereitgestellt und an den Träger 28 angesintert wird. Um Wärmespannungen während des Betriebs gering zu halten, wird beispielsweise die in radialer Richtung des Ventilsitzrings 16 verlaufende Dicke der passivierenden Schicht 30 gering gehalten.The passivating layer 30 is a passivating portion which, instead of in powder form or instead of a powder optionally also as a solid material, that is provided as an already manufactured component and, for example, to the carrier 28 , especially at its side 32 , can be sintered. The solid material is, for example, an inherently rigid and already produced sleeve or else an intrinsically stiff and already produced round sheet, so that the passivating layer 30 provided for example as a sleeve or circular sheet and to the carrier 28 is sintered. In order to keep thermal stresses low during operation, for example, in the radial direction of the valve seat ring 16 running thickness of the passivating layer 30 kept low.

Bei der in 1 veranschaulichten ersten Ausführungsform weist die Schicht 30 eine in axialer Richtung des Ventilsitzrings 16 verlaufende, größere Erstreckung als der Kühlkanal 20 auf, sodass der Träger 28 mittels der passivierenden Schicht 30 vollständig vor dem Kühlkanal 20 und somit vor dem Kühlmedium 18 abgeschirmt und somit geschützt ist. Dabei erstreckt sich die passivierende Schicht 30 jedoch nicht über die gesamte, in axialer Richtung des Ventilsitzrings 16 verlaufende Höhe des Ventilsitzrings 16.At the in 1 illustrated first embodiment, the layer 30 one in the axial direction of the valve seat ring 16 extending, greater extent than the cooling channel 20 on, so the carrier 28 by means of the passivating layer 30 completely in front of the cooling channel 20 and thus before the cooling medium 18 shielded and thus protected. In this case, the passivating layer extends 30 but not over the entire, in the axial direction of the valve seat ring 16 extending height of the valve seat ring 16 ,

Der Ventilsitzring 16 ist beispielsweise an eine Schweißfläche 34 des Zylinderkopfs 12, insbesondere durch Reibschweißen, angeschweißt. Dabei ist bei der ersten Ausführungsform eine minimale Überlappung der passivierenden Schicht 30 mit der Schweißfläche 34 vorgesehen, um dadurch eine Exposition des Trägers 28 und somit dessen Werkstoffes an das Kühlmedium zu vermeiden.The valve seat ring 16 is, for example, to a welding surface 34 of the cylinder head 12 , in particular by friction welding, welded. In this case, in the first embodiment, a minimal overlap of the passivating layer 30 with the welding surface 34 provided to thereby expose the wearer 28 and thus to avoid its material to the cooling medium.

2 zeigt eine zweite Ausführungsform des Ventilsitzrings 16, wobei auch bei der zweiten Ausführungsform eine Überlappung der passivierenden Schicht 30 mit der Schweißfläche 34 vorgesehen ist. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich insbesondere dadurch von der ersten Ausführungsform, dass der Träger 28 mit einer weiteren Schicht 36 versehen ist, durch welche der Ventilsitz 22 für das Gaswechselventil gebildet ist. Dabei ist die Schicht 36 beispielsweise aus einem vom ersten Werkstoff und/oder vom zweiten Werkstoff unterschiedlichen, dritten Werkstoff gebildet, sodass die Schicht 36 als verschleißfeste Schicht ausgebildet ist. Diese separate verschleißfeste Schicht 36 ist eine separate verschleißfeste Werkstoffzone, die in der Schließstellung des Gaswechselventils direkt in Berührung mit dem Gaswechselventil kommt. Somit ist beispielsweise der Träger 28 aus einem kostengünstigen Trägerwerkstoff mit hinreichender Wärmeleitfähigkeit ausgebildet und auf seiner dem Kühlmedium zugewandten Seite 32, welche auch als Außenseite oder Wasserseite bezeichnet wird, mit der passivierenden Schicht 30 versehen. Auf einer in axialer Richtung des Ventilsitzrings 16 dem Brennraum zugewandten Seite 38 und somit in einem unmittelbaren Ventilsitzbereich des Trägers 28 mit der verschleißfesten Schicht 36 versehen, die den Ventilsitz 22 bildet. Beispielsweise ist der Träger 28 durch Sintern mit der verschleißfesten Schicht 36 versehen, welche beispielsweise an den Träger 28 angesintert ist. 2 shows a second embodiment of the valve seat ring 16 , wherein also in the second embodiment, an overlap of the passivating layer 30 with the welding surface 34 is provided. The second embodiment differs in particular from the first embodiment that the carrier 28 with another layer 36 is provided, through which the valve seat 22 is formed for the gas exchange valve. Here is the layer 36 for example, formed from a different from the first material and / or the second material, third material, so that the layer 36 is designed as a wear-resistant layer. This separate wear-resistant layer 36 is a separate wear-resistant material zone that comes into direct contact with the gas exchange valve in the closed position of the gas exchange valve. Thus, for example, the carrier 28 formed from a low-cost carrier material with sufficient thermal conductivity and on its side facing the cooling medium 32 , which is also referred to as outside or water side, with the passivating layer 30 Mistake. On a in the axial direction of the valve seat ring 16 the combustion chamber side facing 38 and thus in an immediate valve seat area of the wearer 28 with the wear-resistant layer 36 provided the valve seat 22 forms. For example, the carrier 28 by sintering with the wear-resistant layer 36 provided, for example, to the carrier 28 is sintered.

Schließlich zeigt 3 eine dritte Ausführungsform, welche sich insbesondere dadurch von der ersten Ausführungsform unterscheidet, dass bei der dritten Ausführungsform die bezüglich 1 und 2 beschriebene Überlappung der passivierenden Schicht 30 mit der Schweißfläche 34 nicht vorgesehen ist. Somit weist bei der dritten Ausführungsform die passivierende Schicht 30 eine in axialer Richtung des Ventilsitzrings 16 verlaufende, geringere Erstreckung als der Kühlkanal 20 auf, sodass den Kühlkanal 20 durchströmende Kühlmedium 18 minimal in Kontakt mit dem Träger 28 kommen kann. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die in axialer Richtung des Ventilsitzrings 16 verlaufende Erstreckung der passivierenden Schicht 30 mindestens so groß ist, dass der Träger 28, insbesondere dessen Werkstoff, allenfalls nur geringfügig mit dem Kühlmedium in Kontakt kommen und somit beaufschlagt werden kann. Die dritte Ausführungsform, bei welcher die passivierende Schicht 30 die Schweißfläche 34 nicht überlappt, ist vorteilhaft, da in einer Schweißzone, in welcher der Ventilsitzring 16 mit dem Zylinderkopf 12 verschweißt wird, nur zwei statt drei Werkstoffe zusammenkommen, sodass ein besonders einfacher Schweißprozess realisiert werden kann. Ferner kann eine übermäßige Korrosion vermieden werden, wenn die Expositionsbreite, das heißt der Bereich, in welchem das Kühlmedium in direkten Kontakt mit dem Träger 28 kommen kann, besonders gering gehalten wird.Finally shows 3 a third embodiment, which differs in particular from the first embodiment, that in the third embodiment, the respect 1 and 2 described overlap of the passivating layer 30 with the welding surface 34 is not provided. Thus, in the third embodiment, the passivating layer 30 one in the axial direction of the valve seat ring 16 extending, smaller extent than the cooling channel 20 on, so the cooling channel 20 flowing cooling medium 18 minimally in contact with the wearer 28 can come. Preferably, it is provided that in the axial direction of the valve seat ring 16 extending extension of the passivating layer 30 at least that big is that the wearer 28 , especially his Material, if necessary, only slightly come into contact with the cooling medium and thus can be acted upon. The third embodiment, wherein the passivating layer 30 the welding surface 34 does not overlap, is advantageous because in a weld zone, in which the valve seat ring 16 with the cylinder head 12 is welded together, only two instead of three materials come together, so that a particularly simple welding process can be realized. Furthermore, excessive corrosion can be avoided if the exposure width, ie the area in which the cooling medium is in direct contact with the carrier 28 can come, is kept very low.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102004027084 A1 [0002] DE 102004027084 A1 [0002]

Claims (7)

Ventilsitzring für eine Hubkolbenmaschine, mit wenigstens einem ersten Teilbereich (24), durch welchen in Einbaulage des Ventilsitzrings (16) wenigstens ein von einem Kühlmedium (18) durchströmbarer Kühlkanal (20) zumindest teilweise begrenzt ist, und mit wenigstens einem sich in radialer Richtung des Ventilsitzrings (16) nach innen an den ersten Teilbereich (24) anschließenden zweiten Teilbereich (26), dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Teilbereich (26) als ein aus einem ersten Werkstoff gebildeter Träger (28) und der erste Teilbereich (24) als eine aus einem vom ersten Werkstoff unterschiedlichen zweiten Werkstoff gebildete passivierende Schicht (30) ausgebildet ist, mit welcher eine in der Einbaulage dem Kühlkanal (20) zugewandte Seite (32) des Trägers (28) zumindest teilweise durch Sintern versehen ist.Valve seat ring for a reciprocating engine, with at least a first portion ( 24 ), through which in installation position of the valve seat ring ( 16 ) at least one of a cooling medium ( 18 ) throughflowable cooling channel ( 20 ) is at least partially limited, and at least one in the radial direction of the valve seat ring ( 16 ) inward to the first subregion ( 24 ) subsequent second subarea ( 26 ), characterized in that the second subregion ( 26 ) as a carrier formed from a first material ( 28 ) and the first subsection ( 24 ) as a passivating layer formed from a second material different from the first material ( 30 ) is formed, with which in the installation position the cooling channel ( 20 ) facing side ( 32 ) of the carrier ( 28 ) is at least partially provided by sintering. Ventilsitzring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die passivierende Schicht (30) durch ein Vollmaterial gebildet ist, welches an die Seite (32) des Trägers (28) angesintert ist.Valve seat ring according to claim 1, characterized in that the passivating layer ( 30 ) is formed by a solid material, which to the side ( 32 ) of the carrier ( 28 ) is sintered. Ventilsitzring nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die passivierende Schicht (30) aus einem Leichtmetall, insbesondere aus Aluminium, gebildet ist.Valve seat ring according to claim 1 or 2, characterized in that the passivating layer ( 30 ) is formed of a light metal, in particular of aluminum. Ventilsitzring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (28) aus einem Stahl gebildet ist.Valve seat ring according to one of the preceding claims, characterized in that the carrier ( 28 ) is formed of a steel. Ventilsitzring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Teilbereiche (24, 26) durch ein erstes Sinterverfahren und der andere Teilbereich (24, 26) durch ein zeitlich auf das erste Sinterverfahren folgendes zweites Sinterverfahren hergestellt ist.Valve seat ring according to one of the preceding claims, characterized in that one of the subregions ( 24 . 26 ) by a first sintering process and the other subregion ( 24 . 26 ) is produced by a second sintering process subsequent to the first sintering process. Ventilsitzring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (28) mit einer aus einem vom ersten Werkstoff unterschiedlichen Werkstoff gebildeten Schicht (36) versehen ist, durch welche ein Ventilsitz (22) für ein Gaswechselventil gebildet ist.Valve seat ring according to one of the preceding claims, characterized in that the carrier ( 28 ) with a layer formed from a material different from the first material ( 36 ), through which a valve seat ( 22 ) is formed for a gas exchange valve. Verfahren zum Herstellen eines Ventilsitzrings (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Method for producing a valve seat ring ( 16 ) according to any one of the preceding claims.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102004027084A1 (en) 2004-06-02 2005-12-29 Man B & W Diesel Ag Cooled valve seat ring for a cylinder head of an I.C. engine comprises ring parts forming an annular flow channel which is integrated via inlet and outlet holes in one of the ring parts after pressing into the cylinder head

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DE102004027084A1 (en) 2004-06-02 2005-12-29 Man B & W Diesel Ag Cooled valve seat ring for a cylinder head of an I.C. engine comprises ring parts forming an annular flow channel which is integrated via inlet and outlet holes in one of the ring parts after pressing into the cylinder head

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