DE102018009275A1

DE102018009275A1 - Ventilführung für eine Hubkolbenmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102018009275A1
Application number: DE102018009275.6A
Authority: DE
Inventors: Alexander Klaiber; Daniel Schwenkedel
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2018-11-26
Filing date: 2018-11-26
Publication date: 2020-05-28

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ventilführung (10) für eine Hubkolbenmaschine, mit wenigstens einer direkt von einem Gaswechselventil (12) der Hubkolbenmaschine berührbaren Führungsfläche (14) zum Führen des Gaswechselventils (12), wobei die Führungsfläche (14) durch eine in eine Oberfläche (16) der Ventilführung (10) diffundierte Schicht (20) gebildet ist, welche als Festschmierstoff Wolframtrioxid und/oder Molybdändisulfid und/oder Wolframdisulfid umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventilführung für eine Hubkolbenmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Eine solche Ventilführung für eine Hubkolbenmaschine ist beispielsweise bereits der DE 10 2007 018 716 A1 als bekannt zu entnehmen. Die Ventilführung weist wenigstens eine Führungsfläche zum Führen eines Gaswechselventils der Hubkolbenmaschine auf, wobei das Gaswechselventil die Führungsfläche direkt berühren kann. Insbesondere ist das Gaswechselventil relativ zu der Führungsfläche und dabei entlang der Führungsfläche translatorisch bewegbar, sodass das Gaswechselventil bei seinen, insbesondere translatorischen, Bewegungen an der Führungsfläche abgleitet. Hierdurch wird das Gaswechselventil mittels der Führungsfläche geführt.
Des Weiteren offenbart die DE 10 2007 038 188 A1 ein verschleißfest beschichtetes Maschinenelement, mit einer Oberfläche.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Ventilführung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass eine besonders reibungsarme Führung des Gaswechselventils realisiert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch eine Ventilführung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Um eine Ventilführung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass eine besonders reibungsarmem Führung des Gaswechselventils realisiert werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Führungsfläche durch eine in eine Oberfläche eines Grundkörpers der Ventilführung diffundierte Schicht gebildet ist, welche als Festschmierstoff Wolframtrioxid (WO₃) und/oder Molybdändisulfid (MoS₂) und/oder Wolframdisulfid (WS₂) umfasst.. Im Vergleich zu herkömmlichen Ventilführungen, die üblicherweise aus einem Sintermetall gebildet sind und dabei eine poröse Oberfläche aufweisen, lässt sich bei der erfindungsgemäßen Ventilführung die Reibung zwischen dem Gaswechselventil und der Führungsfläche reduzieren, sodass die Reibleistung der Hubkolbenmaschine besonders gering gehalten werden kann. Dadurch können der Kraftstoffverbrauch und somit die CO₂-Emissionen der vorzugsweise als Verbrennungskraftmaschine ausgebildeten Hubkolbenmaschine in einem besonders geringen Rahmen gehalten werden. Außerdem lässt sich im Vergleich zu herkömmlichen Ventilführungen eine verbesserte Verschleißbeständigkeit gegenüber verchromten oder nitrierten Gaswechselventilen realisieren, und es kann eine höhere Betriebssicherheit dargestellt werden. Darüber hinaus kann eine besonders vorteilhafte Korrosionsbeständigkeit gewährleistet werden.
Vorzugsweise ist die Schicht eine kunststofffreie, das heißt polymerfreie und/oder gehärtete Beschichtung mit einer Schichtdicke von zirka 1 Mikrometer. Dabei weist die Schicht den zuvor genannten Festschmierstoff auf, welcher Wolframtrioxid und/oder Molybdändisulfid und/oder Wolframdisulfid umfasst.
Im Rahmen eines Verfahrens zum Herstellen der erfindungsgemäßen Ventilführung wird beispielsweise eine aktive Substanz auf der Oberfläche der Ventilführung deponiert, insbesondere derart, dass die aktive Substanz auf die Oberfläche aufgebracht wird. Die aktive Substanz ist beispielsweise eine Flüssigkeit oder eine Suspension. Dabei umfasst die aktive Substanz beispielsweise ein, insbesondere flüssiges, Lösungsmittel, welches in flüssigem Zustand auf die Oberfläche aufgebracht wird. Außerdem umfasst die aktive Substanz den Festschmierstoff und somit Wolframtrioxid und/oder Molybdändisulfid und/oder Wolframdisulfid. Der Festschmierstoff ist beispielsweise in dem Lösungsmittel aufgenommen, insbesondere in dem Lösungsmittel gelöst. Nach und/oder während des Aufbringens der aktiven Substanz auf die Oberfläche verdunstet das Lösungsmittel, wodurch der Festschmierstoff als dünne Schicht auf der Oberfläche des Grundkörpers abgelagert wird. Daran anschließend wird ein Temperaturprozess durchgeführt, in dessen Rahmen die zunächst auf der Oberfläche abgelagerte Schicht einer Wärmebehandlung beziehungsweise einer Erwärmung unterzogen wird. Mit anderen Worten wird die auf der Oberfläche abgelagerte Schicht bei dem Temperaturprozess erwärmt. Hierdurch wird bewirkt, dass die zunächst auf der Oberfläche abgelagerte Schicht beziehungsweise der Festschmierstoff in die Oberfläche der Ventilführung diffundiert. Insbesondere diffundiert die Schicht teilweise in die Oberfläche, sodass das Gaswechselventil die teilweise in die Oberfläche diffundierte Schicht direkt berühren und insbesondere bei translatorischen Relativbewegungen zwischen dem Gaswechselventil und dem Grundkörper an der Schicht abgleiten kann. Hierdurch kann das Gaswechselventil mittels der Schicht besonders verschleiß- und reibungsarm geführt werden. Durch den Temperaturprozess wird die Schicht gehärtet, welche beispielsweise eine gehärtete Schichtdicke von zirka 1 Mikrometer aufweist.
Beispielsweise ist die Ventilführung aus Grauguss-, Messing-, Buntmetall- oder Sinterwerkstoffen gebildet. Ferner ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Schicht polymer- beziehungsweise kunststofffrei ist. Die zuvor genannte aktive Substanz ist beispielsweise unter dem Namen „ANS Tricolit®“ oder unter dem Namen „ANS Tricolit® - TIC“ bekannt. Die aktive Substanz kann beispielsweise durch einen einfachen Tauch- oder Sprühprozess auf die Oberfläche der Ventilführung aufgebracht werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in:

1 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Ventilführung für eine Hubkolbenmaschine; und
2 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Herstellen der Ventilführung.

In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt in einer schematischen Schnittansicht eine Ventilführung 10 für ein in 1 ausschnittsweise erkennbares und beispielsweise als Auslassventil oder aber als Einlassventil ausgebildetes Gaswechselventil 12 einer Hubkolbenmaschine. Die Hubkolbenmaschine ist eine Verbrennungskraftmaschine und Bestandteil eines beispielsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildeten Kraftfahrzeugs, welches in seinem vollständig hergestellten Zustand die Verbrennungskraftmaschine umfasst und mittels der Verbrennungskraftmaschine antreibbar ist. Die Ventilführung 10 weist eine direkt von dem Gaswechselventil 12 berührbare beziehungsweise berührte Führungsfläche 14 zum Führen des Gaswechselventils 12 auf. Das Gaswechselventil 12 ist entlang der Führungsfläche 14 und relativ zu der Führungsfläche 14 translatorisch zwischen einer Schließstellung und wenigstens einer Offenstellung bewegbar. Bei seinen Bewegungen zwischen der Offenstellung und der Schließstellung gleitet das Gaswechselventil 12 an der Führungsfläche 14 ab, während das Gaswechselventil 12 die Führungsfläche 14 direkt berührt. Das Gaswechselventil 12 ist dabei einem Zylinder der auch als Verbrennungsmotor oder Motor bezeichneten Hubkolbenmaschine zugeordnet. Dem Zylinder sind beispielsweise mehrere Einlassventile und Auslassventile zugeordnet, welche während eines Betriebs der Hubkolbenmaschine geöffnet und geschlossen werden, um den Zylinder mit Frischgas zu füllen und Abgas aus dem Zylinder auszuschieben. Bei herkömmlichen Ventilführungen ist die Führungsfläche 14 aus einem Sintermetall gebildet und weist üblicherweise eine bainitische Matrix auf.
Um nun das Gaswechselventil 12 besonders verschleiß- und reibungsarm führen zu können, ist bei der Ventilführung 10 die Führungsfläche 14 durch eine in eine Oberfläche 16 der Ventilführung 10 diffundierte Schicht 20 gebildet, welche als Festschmierstoff Wolframtrioxid und/oder Molybdändisulfid und/oder Wolframdisulfid umfasst. Da das Gaswechselventil 12 die Führungsfläche 14 direkt berührt und somit kontaktiert, ist die Führungsfläche 14 eine durch die Schicht 20 gebildete Kontaktfläche, auf der das Gaswechselventil 12 gleitet. Das Gaswechselventil 12 bettet sich sozusagen auf der Führungsfläche 14 ein.
2 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Verfahren zum Herstellen der Ventilführung 10. Bei einem ersten Schritt S1 des Verfahrens wird die beispielsweise noch unbehandelte Ventilführung 10 bereitgestellt. Bei einem sich an den ersten Schritt S1 anschließenden zweiten Schritt S2 des Verfahrens wird die Ventilführung 10, insbesondere die Oberfläche 16, gereinigt. Hierzu wird beispielsweise wenigstens ein Reinigungsmittel 22 verwendet, welches bei dem zweiten Schritt S2 zumindest auf die Oberfläche 16 aufgebracht und dann beispielsweise von der Oberfläche 16 wieder entfernt wird.
Bei einem sich an den zweiten Schritt S2 anschließenden dritten Schritt S3 wird eine Substanz 24 zumindest auf die Oberfläche 16 der Ventilführung 10 aufgebracht. Die Substanz 24 wird dabei beispielsweise durch einen Sprühprozess oder durch einen Tauchprozess auf die Oberfläche 16 aufgebracht. Die Substanz 24 umfasst ein Lösungsmittel und den in dem Lösungsmittel aufgenommenen, insbesondere gelösten, Festschmierstoff. Nach dem Aufbringen der Substanz 24 auf die Oberfläche 16 verdunstet das Lösungsmittel, wodurch der Festschmierstoff als dünne Schicht 20 auf der Oberfläche 16 abgelagert wird. Die Substanz 24 ist beispielsweise unter dem Namen „ANS Tricolit®“ oder unter dem Namen „ANS Tricolit® - TIC“ bekannt.
Bei einem sich an den dritten Schritt S3 anschließenden vierten Schritt S4 des Verfahrens wird, insbesondere mittels einer Heizeinrichtung 26, ein Temperaturprozess durchgeführt. Bei dem Temperaturprozess wird die auf der Oberfläche 16 abgelagerte Schicht 20 erwärmt, wodurch die Schicht 20 zumindest teilweise in die Oberfläche 16 und somit in die Ventilführung 10 diffundiert. Bei einem fünften Schritt S5 wird dann beispielsweise die Ventilführung 10 bereitgestellt, welche die in die Oberfläche 16 diffundierte Schicht 20 aufweist. Die Schicht 20 ist polymerfrei und weist beispielsweise eine gehärtete Schichtdicke von zirka 1 Mikrometer auf. Die Schicht 20 wird beispielsweise auch als Sint-TiC-Schicht bezeichnet.
Bezugszeichenliste

10: Ventilführung
12: Gaswechselventil
14: Führungsfläche
16: Oberfläche
20: Schicht
22: Reinigungsmittel
24: Substanz
26: Heizeinrichtung
S1: erster Schritt
S2: zweiter Schritt
S3: dritter Schritt
S4: vierter Schritt
S5: fünfter Schritt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102007018716 A1 [0002]
DE 102007038188 A1 [0003]

Claims

Ventilführung (10) für eine Hubkolbenmaschine, mit wenigstens einer direkt von einem Gaswechselventil (12) der Hubkolbenmaschine berührbaren Führungsfläche (14) zum Führen des Gaswechselventils (12), dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsfläche (14) durch eine in eine Oberfläche (16) der Ventilführung (10) diffundierte Schicht (20) gebildet ist, welche als Festschmierstoff Wolframtrioxid und/oder Molybdändisulfid und/oder Wolframdisulfid umfasst.
Ventilführung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (20) eine Schichtdicke von 1 Mikrometer aufweist.
Ventilführung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilführung aus einem Grauguss-, Messing-, Buntmetall- oder Sinterwerkstoffen gebildet ist.
Ventilführung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (20) frei von Kunststoff ist.