DE10255447A1 - Valve seat and method for producing a valve seat - Google Patents

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    • Y10T29/49306—Valve seat making

Abstract

Ein Ventilsitz für einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine weist ein mit dem Basismaterial des Zylinderkopfes verschmolzenes Zusatzmaterial auf. Das Zusatzmaterial weist wenigstens zwei übereinanderliegende Schichten auf, wobei die dem Zylinderkopf zugewandte, innere Schicht gute Verbindungseigenschaften zu dem Basismaterial des Zylinderkopfes aufweist, und wobei die dem Zylinderkopf abgewandte, äußere Schicht gute Festigkeits- und Verschleißeigenschaften aufweist.A valve seat for a cylinder head of an internal combustion engine has a filler material fused to the base material of the cylinder head. The filler material has at least two superimposed layers, wherein the cylinder head facing inner layer has good bonding properties to the base material of the cylinder head, and wherein the cylinder head facing away from the outer layer has good strength and wear properties.

Description

Die Erfindung betrifft einen Ventilsitz für einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Des weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Ventilsitzes für einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine nach der im Oberbegriff von Anspruch 10 näher definierten Art.The invention relates to a valve seat for one Cylinder head of an internal combustion engine according to the preamble of Claim 1 closer Furthermore, the invention relates to a method for producing a valve seat for a cylinder head of a Internal combustion engine according to the closer defined in the preamble of claim 10 Art.

Die DE 199 12 889 A1 beschreibt einen gattungsgemäßen Ventilsitz und ein gattungsgemäßes Verfahren zur Herstellung desselben. Dabei wird ein Zusatzmaterial, nämlich eine Legierung oder ein Gemisch aus einer Aluminium-Silizium-Legierung und Nickel, durch einen Laserstrahl mit dem Basismaterial des Zylinderkopfes verschmolzen.The DE 199 12 889 A1 describes a generic valve seat and a generic method for producing the same. In this case, a filler material, namely an alloy or a mixture of an aluminum-silicon alloy and nickel, is fused by a laser beam with the base material of the cylinder head.

Aus der DE 35 17 077 C1 ist ein Verfahren zum Panzern der Ventilsitzfläche eines Gaswechselventils bekannt, bei welchem in eine umlaufende Vertiefung am Ventilteller vorzugsweise aus einer Nickel- bzw. Kobaltbasis-Superlegierung bestehendes Panzermaterial eingebracht wird.From the DE 35 17 077 C1 a method for armoring the valve seat surface of a gas exchange valve is known, in which in a circumferential recess on the valve plate preferably made of a nickel or cobalt base superalloy existing armor material is introduced.

Ein Verfahren zur Beschichtung der Oberfläche von metallenen Werkstücken mit einem pulver- oder drahtförmig vorliegenden Zusatzwerkstoff beschreibt die DE 199 12 894 A1 .A method for coating the surface of metal workpieces with a powder or wire present filler material describes the DE 199 12 894 A1 ,

Ein weiteres derartiges Verfahren ist aus der EP 00 92 683 B1 bekannt. Das Basismaterial des Zylinderkopfes besteht dabei im wesentlichen aus Aluminium und als Zusatzmaterial zur Bil dung des Ventilsitzes wird entweder Eisen oder Nickel bzw. eine Legierung mit einem dieser beiden Metalle als Hauptbestandteil verwendet.Another such method is known from EP 00 92 683 B1 known. The base material of the cylinder head consists essentially of aluminum and as an additional material for Bil tion of the valve seat is either iron or nickel or an alloy with one of these two metals used as the main component.

Hierbei ist nachteilig, dass Eisen und Nickel einen wesentlich höheren Schmelzpunkt als der aus Aluminium bestehende Zylinderkopf aufweisen. Dies kann dazu führen, dass bei der Beaufschlagung mit einem Laserstrahl der Zylinderkopf bereits geschmolzen sein kann, wenn das Zusatzmaterial erst zu schmelzen beginnt. Außerdem kann es passieren, dass das zuvor flüssige Eisen bereits erstarrt ist, während das Aluminium noch als Schmelze vorliegt. Dies führt zur Bildung von intermetallischen Phasen im Grenzbereich zwischen Eisen- und Aluminiumwerkstoff, was ein sehr sprödes Gefüge zur Folge haben kann. Deshalb ist es schwierig, eine homogene Verbindung zwischen dem zu schaffenden Ventilsitz und dem Basismaterial des Zylinderkopfes zu erreichen, wobei hier auch die unterschiedlichen Oberflächenspannungen der Materialien eine große Rolle spielen.It is disadvantageous that iron and nickel a much higher Melting point than the existing aluminum cylinder head. This can cause that when exposed to a laser beam, the cylinder head can already be melted when the filler first to melt starts. In addition It can happen that the previously liquid iron already solidifies is while the aluminum is still present as a melt. This leads to the formation of intermetallic Phases in the border area between iron and aluminum material, what a very brittle one structure can result. That's why it's difficult to get a homogeneous connection between the valve seat to be created and the base material of the Cylinder head to achieve, and here are the different surface tensions the materials a big one Role-play.

Einen aus einer Aluminiumlegierung bestehenden Zylinderkopf beschreibt die EP 02 28 282 B1 . Die Ventilsitze dieses Zylinderkopfes sind aus einer aufplattierten Kupferlegierungsschicht ausgebildet.A cylinder head consisting of an aluminum alloy describes the EP 02 28 282 B1 , The valve seats of this cylinder head are formed from a plated copper alloy layer.

Wenn Kupfer als Material für Ventilsitze verwendet wird, entsteht jedoch insbesondere bei Dieselbrennkraftmaschinen der Nachteil, dass der im Dieselkraftstoff enthaltene Schwefel das Kupfer angreift, wodurch Probleme hinsichtlich Abgasentwicklung und Korrosion entstehen. Die Verwendung von Kupfer für Ventilsitze ist somit nur für Ottobrennkraftmaschinen sinnvoll und kann daher nicht in wirtschaftlicher Art und Weise eingesetzt werden.If copper as a material for valve seats is used, however, arises especially in diesel engines the disadvantage that the sulfur contained in the diesel fuel that Copper attacks, causing problems with the development of exhaust gas and corrosion arise. The use of copper for valve seats is thus only for Otto internal combustion engines makes sense and therefore can not in economic Way to be used.

In der DE 196 39 480 A1 ist ein Verfahren zur Innenbeschichtung von Zylinderlaufflächen mittels pulverförmiger Zusatz stoffe, die durch Laserstrahlung auflegiert werden, beschrieben.In the DE 196 39 480 A1 is a method for internal coating of cylinder surfaces by means of powdered additive substances which are alloyed by laser radiation, described.

Ein Verfahren zur Oberflächenvergütung von Leichtmetallbauteilen, insbesondere von Leichtmetallkolben von Brennkraftmaschinen, mit einem festigkeitssteigernden und/oder verschleißfesten Zusatzwerkstoff geht aus der DE 22 00 003 A1 hervor.A method for surface treatment of light metal components, in particular of light metal pistons of internal combustion engines, with a strength-increasing and / or wear-resistant filler material goes out of the DE 22 00 003 A1 out.

Zum weiteren Stand der Technik bezüglich Ventilsitzen für Brennkraftmaschinen und Verfahren zu deren Herstellung wird außerdem auf die folgenden Schriften verwiesen: US 4,059,876 , JP 05256190 A , JP 07284970 A , JP 08047787 A , JP 08224680 A , JP 08224681 A , JP 08224682 A , JP 08224683 A , JP 10141132 A , JP 10176511 A , JP 11002154 A , EP 02 09 366 A1 , US 4,723,518 , JP 02196117 A , JP 04123885 A , JP 06042320 A und JP 08174245 A .For further prior art with respect to valve seats for internal combustion engines and methods for their production, reference is also made to the following documents: US 4,059,876 . JP 05256190 A . JP 07284970 A . JP 08047787 A . JP 08224680 A . JP 08224681 A . JP 08224682 A . JP 08224683 A . JP 10141132 A . JP 10176511 A . JP 11002154 A . EP 02 09 366 A1 . US 4,723,518 . JP 02196117 A . JP 04123885 A . JP 06042320 A and JP 08174245 A ,

Wenn der Ventilsitz als Zusatzmaterial mit dem Basismaterial des Zylinderkopfes verschmolzen werden soll, so besteht regelmäßig das Problem, dass dieses Zusatzmaterial sowohl die Haftung zum Basismaterial des Zylinderkopfes als auch die Festigkeitseigenschaften zur Aufnahme der durch das Gaswechselventil eingeleiteten Kräfte und die tribologischen Eigenschaften zur Minimierung des Verschleißes an der Oberfläche des Ventilsitzes sicherstellen muss. Dies legt sehr komplexe Randbedingungen für die Auswahl der Werkstoffe fest, was sich im Stand der Technik durch die unterschiedlichsten Vorschläge zur Verwendung bestimmter Werkstoffe niederschlägt. Bisher war jedoch keine Lösung derart überzeugend, dass sie das seit langem in der Praxis verwendete Einpressen der Ventilsitzringe ersetzen konnte.If the valve seat as additional material to be fused with the base material of the cylinder head, this is how it regularly happens Problem that this additional material both the liability to the base material the cylinder head and the strength properties for recording the forces introduced by the gas exchange valve and the tribological Properties for minimizing wear on the surface of the Ensure valve seat. This sets very complex constraints for the Selection of materials, resulting in the state of the art the most varied suggestions for Use of certain materials. So far, however, was not one solution so convincing, that they have long been used in practice pressing the Could replace valve seat rings.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Ventilsitz für einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine sowie' ein Verfahren zu dessen Herstellung zu schaffen, der sowohl eine gute Haftung zum Basismaterial des Zylinderkopfes als auch gute Festigkeits- und Verschleißeigenschaften aufweist.It is therefore the task of the present Invention, a valve seat for a cylinder head of an internal combustion engine and 'a method to its manufacture, which has both a good adhesion to Base material of the cylinder head as well as good strength and wear properties having.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.According to the invention this object is achieved by the solved in claim 1 features.

Durch die erfindungsgemäßen zwei übereinander liegenden Schichten kann vorteilhafterweise eine Aufteilung der sehr unterschiedlichen Aufgaben, die der Ventilsitz zu erfüllen hat, vorgenommen werden. So kann erfindungsgemäß die innere, dem Zylinderkopf zugewandte Schicht die Aufgabe der Verbindung des Ventilsitzes mit dem Basismaterial des Zylinderkopfes übernehmen und die äußere, dem Zylinderkopf abgewandte Schicht kann so ausgeführt werden, dass sie gute Festigkeits- und Verschleißeigenschaften für den Ventilsitz aufweist.By virtue of the two superimposed layers according to the invention, a division of the very different tasks that the valve seat has to fulfill can advantageously be undertaken. Thus, according to the invention, the inner, the cylinder head facing layer take over the task of connecting the valve seat with the base material of the cylinder head and the outer, the Zy Head facing away from the head can be designed so that it has good strength and wear properties for the valve seat.

Damit wird vorteilhafterweise die Haftung des Ventilsitzes an dem Zylinderkopf verbessert, was ein Ablösen des gesamten Ventilsitzes von dem Zylinderkopf verhindert. Dennoch sind aufgrund der Ausgestaltung der äußeren Schicht höhere Belastungen bei geringeren Verschleißraten am erfindungsgemäßen Ventilsitz möglich. Insgesamt ergibt sich auf diese Weise ein erheblich erweitertes Werkstoffspektrum, insbesondere auch im Hinblick auf die unterschiedlichen Anforderungen von Otto-und Diesel-Brennkraftmaschinen.This is advantageously the Adhesion of the valve seat to the cylinder head improves what a supersede prevents the entire valve seat of the cylinder head. Yet are due to the design of the outer layer higher loads at lower wear rates at the valve seat according to the invention possible. Overall, this results in a considerably extended Material spectrum, especially with regard to the different Requirements of Otto and Diesel internal combustion engines.

Wenn in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung die innere Schicht gute Wärmeleitungseigenschaften aufweist, so wird vorteilhafterweise die Wärmeableitung aus der Ventilsitzoberfläche in den Zylinderkopf verbessert, indem durch die schmelzmetallurgische Anbindung der Luftspalt zwischen dem Ventilsitz und dem Zylinderkopf vermieden wird.If in an advantageous embodiment of Invention, the inner layer has good heat conduction properties, so is advantageously the heat dissipation from the valve seat surface improved in the cylinder head by passing through the melt metallurgical Connection of the air gap between the valve seat and the cylinder head is avoided.

Insbesondere bei Zylinderköpfen aus Aluminium hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die innere Schicht Kupfer oder eine Kupferlegierung aufweist, da sich gerade ein solcher Werkstoff mit dem Aluminiummaterial des Zylinderkopfes verbindet.Especially with cylinder heads Aluminum has proven to be advantageous when the inner Layer of copper or a copper alloy, since straight such a material with the aluminum material of the cylinder head combines.

Durch die äußere Schicht wird in diesem Zusammenhang verhindert, dass das Kupfermaterial der inneren Schicht mit schwefelhaltigen Kraftstoff- bzw. Abgasbestandteilen in Verbindung kommen und so die Emissionswerte verschlechtern kann.Through the outer layer is in this Context prevents the copper material of the inner layer with sulfur-containing fuel or exhaust gas components in combination come and thus the emission values can worsen.

Des weiteren kann vorgesehen sein, dass die äußere Schicht Nickel, Eisen und/oder Kobalt oder eine Legierung mit wenigstens einem dieser Materialien aufweist. Diese Werkstoffe haben sich als besonders hart und verschleißfest herausgestellt und weisen dabei eine sehr hohe Festigkeit auf. Ein weiterer Vorteil dieser Werkstoffe ist die gute Verbindbarkeit mit dem gegebenenfalls verwendeten Kupfermaterial der inneren Schicht.Furthermore, it can be provided that the outer layer Nickel, iron and / or cobalt or an alloy with at least having one of these materials. These materials have proven to be special hard and wear-resistant pointed out and have a very high strength. On Another advantage of these materials is the good connectivity with the optionally used copper material of the inner layer.

Eine verfahrensgemäße Lösung ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruches 10.A procedural solution results from the features of claim 10.

Mittels dieses sequentiellen Verfahrens lassen sich die erfindungsgemäß wenigstens zwei Schichten besonders einfach und prozesssicher mit dem Basismaterial des Zylinderkopfes verbinden, wobei die oben erläuterten vorteilhaften Eigenschaften des Ventilsitzes erhalten bleiben.By means of this sequential method can be at least according to the invention two layers particularly easy and reliable with the base material connect the cylinder head, with the above-mentioned advantageous properties of the valve seat are retained.

Ein fertigungstechnisch besonders rationelles Verfahren ergibt sich, wenn die innere Schicht in Form eines festen Ringes auf den Zylinderkopf aufgelegt wird, und die, äußere Schicht in Pulverform auf die innere Schicht aufgebracht wird.A manufacturing technology especially rational process results when the inner layer in shape a tight ring is placed on the cylinder head, and the, outer layer is applied in powder form on the inner layer.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen sowie aus den nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellten Ausführungsbeispielen.Further advantageous embodiments and further developments of the invention will become apparent from the remaining dependent claims as well as from the below in principle with reference to the drawing Embodiments.

Dabei zeigen:Showing:

1 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Ventilsitz für einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine; 1 a section through a valve seat according to the invention for a cylinder head of an internal combustion engine;

2 eine Ausführungsform zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens; 2 an embodiment for carrying out the method according to the invention;

3 eine weitere Ausführungsform zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens; und 3 a further embodiment for carrying out the method according to the invention; and

4 eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. 4 a further embodiment of the method according to the invention.

1 zeigt einen Teil eines Zylinderkopfes 1 einer in ihrer Gesamtheit nicht dargestellten Brennkraftmaschine. Der Zylinderkopf 1 weist in an sich bekannter Weise einen Einlasskanal 2 auf, welcher durch ein Gaswechselventil 3 verschlossen bzw. geöffnet werden kann. Bei geöffnetem Gaswechselventil 3 kann in an sich bekannter Weise ein Kraftstoff/Luft-Gemisch aus dem Einlasskanal 2 in einen Brennraum 4 eintreten, der sich unterhalb des Zylinderkopfes 1 befindet. Der Zylinderkopf 1 weist des weiteren einen Ventilsitz 5 auf, an dem das Gaswechselventil 3 in seinem geschlossenen Zustand anliegt und auf diese Weise den Einlasskanal 2 von dem Brennraum 4 trennt. 1 shows a part of a cylinder head 1 an internal combustion engine, not shown in its entirety. The cylinder head 1 has an inlet channel in a conventional manner 2 on, which by a gas exchange valve 3 can be closed or opened. With open gas exchange valve 3 can in a conventional manner a fuel / air mixture from the inlet channel 2 in a combustion chamber 4 enter, located below the cylinder head 1 located. The cylinder head 1 also has a valve seat 5 on, on which the gas exchange valve 3 in its closed state and in this way the inlet channel 2 from the combustion chamber 4 separates.

Wie ebenfalls aus 1 erkennbar, weist der Ventilsitz 5 zwei aus jeweiligen Zusatzmaterialien gebildete Schichten 6 und 7 auf, nämlich eine untere bzw. innere, dem Zylinderkopf 1 zugewandte Schicht 6 und eine obere bzw. äußere, dem Zylinderkopf 1 abgewandte und dem Gaswechselventil 3 zugewandte Schicht 7. Die innere Schicht 6 dient dabei zum Verbinden des Ventilsitzes 5 mit dem Zylinderkopf 1 und weist daher gute Verbindungseigenschaften zu dem Basismaterial des Zylinderkopfes 1 auf. Die äußere Schicht 7 dagegen besitzt gute Festigkeits- und Verschleißeigenschaften, um die durch das Gaswechselventil 3 auf den Ventilsitz 5 einwirkenden Kräfte aufnehmen zu können.Like also out 1 recognizable, the valve seat 5 two layers formed from respective additional materials 6 and 7 on, namely a lower or inner, the cylinder head 1 facing layer 6 and an upper or outer, the cylinder head 1 turned away and the gas exchange valve 3 facing layer 7 , The inner layer 6 serves to connect the valve seat 5 with the cylinder head 1 and therefore has good connection properties to the base material of the cylinder head 1 on. The outer layer 7 On the other hand, it has good strength and wear characteristics, around the gas exchange valve 3 on the valve seat 5 to be able to absorb acting forces.

Da der Zylinderkopf r im vorliegenden Fall aus einem Leichtmetall, insbesondere aus Aluminium, besteht, wird für die innere Schicht 6 Kupfer oder eine Kupferlegierung verwendet, da dieses Material eine besonders gute Affinität zu Aluminium aufweist. Hierbei ergibt sich insbesondere bei der Verwendung der Legierung CuAl10, also einer Kupferlegierung mit 10 Gewichtsprozent Aluminium, eine gute Anbindung der inneren Schicht 6 an das Material des Zylinderkopfes 1. Als weiterer Legierungsbestandteil für die innere Schicht hat sich außerdem Eisen als gut geeignet erwiesen. Jedoch kann auch reines Kupfer für die innere Schicht 6 verwendet werden.Since the cylinder head r in the present case consists of a light metal, in particular aluminum, is for the inner layer 6 Copper or a copper alloy used, since this material has a particularly good affinity for aluminum. This results in particular in the use of the alloy CuAl 10 , so a copper alloy with 10 Weight percent aluminum, a good binding of the inner layer 6 to the material of the cylinder head 1 , As a further alloying ingredient for the inner layer also iron has been found to be well suited. However, pure copper can also be used for the inner layer 6 be used.

Die innere Schicht 6 weist zusätzlich zu den guten Verbindungseigenschaften zu dem Basismaterial des Zylinderkopfes 1 des weiteren gute Wärmeleitungseigenschaften auf, um eine Verbesserung der Wärmeableitung aus der Oberfläche des Ventilsitzes 5 in den Zylinderkopf 1 zu erreichen. Durch die schmelzmetallurgische Anbindung wird nämlich der Luftspalt zwischen dem Ventilsitz 5 und dem Zylinderkopf 1 vermieden. In diesem Zusammenhang beträgt die Wärmeleitfähigkeit von Kupfer bei 20 °C ca. 350–400 W/m·K, diejenige von Aluminium bei 20 °C ca. 200–250 W/m·K und diejenige der für die innere Schicht 6 verwendeten Legierung bei 20 °C ca. 200–400 W/m·K.The inner layer 6 has in addition to the good connection properties to the base material of the cylinder head 1 Furthermore, good heat conduction properties in order to improve the heat dissipation from the surface of the valve seat 5 in the cylinder head 1 to reach. By the Melt metallurgical connection is namely the air gap between the valve seat 5 and the cylinder head 1 avoided. In this context, the thermal conductivity of copper at 20 ° C about 350-400 W / m · K, that of aluminum at 20 ° C about 200-250 W / m · K and that of the inner layer 6 used alloy at 20 ° C about 200-400 W / m · K.

Um die notwendigen Festigkeits- und Verschleiß- bzw. Härteeigenschaften der äußeren Schicht 7 zu erreichen, wird für dieselbe vorzugsweise Nickel, Eisen und/oder Kobalt bzw. eine Legierung mit wenigstens einer dieser Materialien verwendet. Ein derartiges Material würde zwar bei seiner Verbindung mit dem Aluminium des Zylinderkopfes 1 unter Umständen zur Bildung von intermetallischen Phasen neigen, die zu Rissbildungen führen könnten, aufgrund des Vorhandenseins der inneren Schicht 6 wird die äußere Schicht 7 jedoch nicht mit dem Zylinderkopf 1 verbunden, so dass derartige intermetallische Phasen nicht auftreten.To the necessary strength and wear or hardness properties of the outer layer 7 is preferably used for the same, nickel, iron and / or cobalt or an alloy with at least one of these materials. Such a material would indeed be in its connection with the aluminum of the cylinder head 1 may tend to form intermetallic phases which could lead to cracking due to the presence of the inner layer 6 becomes the outer layer 7 but not with the cylinder head 1 connected, so that such intermetallic phases do not occur.

Als weitere Legierungsbestandteile für das Material der äußeren Schicht 7 haben sich insbesondere Chrom, Silizium und Molybdän als besonders gut geeignet erwiesen. Nachfolgend sind beispielhaft einige Legierungen angegeben, die für die äußere Schicht 7 verwendet werden können, wobei außer den drei oben genannten Elementen auch noch weitere Elemente als weitere Legierungsbestandteile verwendet werden: Co25Cr10Ni7W0.5C, Co28Mo8Cr2Si, Co28Mol7Cr3Si, Ni17Cr6Al0.5Y, Ni22Crl0Al1.0Y, Ni25Cr6Al0.4Y, Ni31CrllAl0.6Y, Ni23Co20Cr8.5Al4Ta0.6Y, Ni15Cr4Si3Fe3B0.75C, Ni21.5Cr8.5Mo3Fe0.5Co, Ni19Cr18Fe3Mo1Co1Ti oder Ni8.5Cr7Al5Mo2Si2B2Fe3Ti02. Selbstverständlich erhebt diese Auflistung keinerlei Anspruch auf Vollständigkeit und es können bei handelsüblichen Ventilsitzringen verwendete Werkstoffe eingesetzt werden. Die Werkstoffauswahl hängt unter anderem auch davon ab, ob der Zylinderkopf 1 bei einer Otto- oder einer Dieselbrennkraftmaschine eingesetzt wird.As further alloy components for the material of the outer layer 7 In particular, chromium, silicon and molybdenum have proven particularly suitable. Below are given by way of example some alloys, which are for the outer layer 7 In addition to the three elements mentioned above, other elements can also be used as further alloy components: Co25Cr10Ni7W0.5C, Co28Mo8Cr2Si, Co28Mol7Cr3Si, Ni17Cr6Al0.5Y, Ni22Cr10Al1.0Y, Ni25Cr6Al0.4Y, Ni31Cr11Al0.6Y, Ni23Co20Cr8.5Al4Ta0.6Y , Ni15Cr4Si3Fe3B0.75C, Ni21.5Cr8.5Mo3Fe0.5Co, Ni19Cr18Fe3Mo1Co1Ti or Ni8.5Cr7Al5Mo2Si2B2Fe3Ti02. Of course, this listing makes no claim to completeness and it can be used in commercially available valve seat inserts materials used. The choice of materials depends, among other things, on whether the cylinder head 1 is used in a gasoline or a diesel engine.

Falls für den Zylinderkopf 1 andere Materialien zum Einsatz kommen, können selbstverständlich auch die beiden Schichten 6 und 7 aus anderen Materialien bestehen, die sicherstellen, dass die innere Schicht 6 gute Verbindungseigenschaften zu dem Basismaterial des Zylinderkopfes 1 und die äußere Schicht 7 gute Festigkeits- und Verschleißeigenschaften aufweist.If for the cylinder head 1 other materials can be used, of course, the two layers 6 and 7 Made of other materials that make sure the inner layer 6 good connection properties to the base material of the cylinder head 1 and the outer layer 7 has good strength and wear properties.

2 und 3 zeigen zwei unterschiedliche Verfahren zur Herstellung des Ventilsitzes 5 durch Verschmelzen der oben angegebenen Zusatzmaterialien mit dem Zylinderkopf 1, wobei jeweils lediglich das Anbringen der inneren Schicht 6 auf dem Zylinderkopf 1 dargestellt ist. 2 and 3 show two different methods for producing the valve seat 5 by fusing the above-mentioned additional materials with the cylinder head 1 , wherein in each case only the attachment of the inner layer 6 on the cylinder head 1 is shown.

Bei der Ausführungsform gemäß 2 ist im Bereich des zu bildenden Ventilsitzes 5 eine Düse 8 angeordnet, welche das Zusatzmaterial zur Bildung der inneren Schicht 6 in Richtung des Zylinderkopfs 1 ausgibt. Sobald das Zusatzmaterial auf dem Zylinderkopf 1 bzw. in einer in demselben gebildeten Nut auftrifft, wird es prozesssimultan von einem Laserstrahl 9 zusammen mit der äußeren Schicht des Basismaterials des Zylinderkopfs 1 aufgeschmolzen, um an dem Zylinderkopf 1 eine Schmelze 10 zu erzeugen. Bei der Herstellung der Nut wird die zerspanende Vorbearbeitung auf den Beschichtungsprozess abgestimmt. Statt des beschriebenen Laserstrahls 9 ist als Energiequelle auch der Einsatz eines nicht dargestellten Elektronenstrahls oder einer geeigneten Einrichtung möglich, um aus dem Zusatzmaterial 7 durch Auf- bzw. Einbringen von Energie die Schmelze 10 zu erzeugen. Das Zusatzmaterial 7 wird hierbei in Pulverform aufgebracht, wobei auch eine Aufbringung als Band möglich ist.In the embodiment according to 2 is in the region of the valve seat to be formed 5 a nozzle 8th arranged, which is the additional material for forming the inner layer 6 in the direction of the cylinder head 1 outputs. Once the additional material on the cylinder head 1 or impinges in a groove formed in the same, it is process-simultaneous by a laser beam 9 along with the outer layer of the base material of the cylinder head 1 melted down to the cylinder head 1 a melt 10 to create. In the production of the groove, the machining pre-machining is adapted to the coating process. Instead of the described laser beam 9 is also possible as an energy source, the use of an electron beam, not shown, or suitable means to from the additional material 7 by applying or introducing energy, the melt 10 to create. The additional material 7 is applied here in powder form, with an application as a band is possible.

Um einen fortschreitenden Prozess zu erreichen, werden die Düse 8 und der Laserstrahl 9 ständig in einer der Kontur des Ventilsitzes 5 entsprechenden Kreisbewegung weiterbewegt. Wenn sich der Laserstrahl 9 in Vorschubrichtung gemäß dem Pfeil A von der Schmelze 10 entfernt hat, erstarrt diese zu der inneren Schicht 6. Hierbei handelt es sich um einen sogenannten einstufigen Prozess.To achieve a progressive process, the nozzle becomes 8th and the laser beam 9 constantly in one of the contour of the valve seat 5 corresponding circular motion continued. When the laser beam 9 in the feed direction according to the arrow A from the melt 10 has removed, this solidifies to the inner layer 6 , This is a so-called one-step process.

3 zeigt ein alternatives Verfahren zur Herstellung des Ventilsitzes 5, bei welchem das Zusatzmaterial beispielsweise in Form einer Paste, eines Drahtes, eines Sinterkörpers oder eines Pulverpreformlings vorzugsweise in Ringform in eine Nut des Zylinderkopfes 1 eingelegt bzw. auf denselben aufgebracht und anschließend mit dem Laserstrahl 9 bzw. einem Elektronenstrahl zu der Schmelze 10 aufgeschmolzen wird. Auch in diesem Fall entsteht aus der Schmelze 10 nach der Entfernung des Laserstrahls 9 in Pfeilrichtung A die innere Schicht 6 des Ventilsitzes 5. Dieses Verfahren wird als zweistufiger Prozess bezeichnet. 3 shows an alternative method of manufacturing the valve seat 5 in which the additive material, for example in the form of a paste, a wire, a sintered body or a powder preform, preferably in annular form into a groove of the cylinder head 1 inserted or applied to the same and then with the laser beam 9 or an electron beam to the melt 10 is melted. Also in this case arises from the melt 10 after the removal of the laser beam 9 in the direction of arrow A, the inner layer 6 of the valve seat 5 , This process is called a two-step process.

Die äußere Schicht 7 kann bei beiden Verfahren in sehr ähnlicher Weise aufgebracht werden, wobei diese selbstverständlich nicht mit dem Zylinderkopf 1 sondern mit der inneren Schicht 6 verschmolzen wird. Auch eine Kombination dieser beiden Ver fahren ist möglich, bei welcher beispielsweise die innere Schicht 6 in Form eines Ringes auf den Zylinderkopf 1 aufgelegt und anschließend die äußere Schicht 7 in Pulverform mit der inneren Schicht 6 verbunden werden kann.The outer layer 7 can be applied in both methods in a very similar manner, which of course not with the cylinder head 1 but with the inner layer 6 is merged. It is also possible to combine these two methods, in which, for example, the inner layer 6 in the form of a ring on the cylinder head 1 applied and then the outer layer 7 in powder form with the inner layer 6 can be connected.

4 zeigt in sehr schematischer Darstellung eine weitere Möglichkeit zur Durchführung des Verfahrens zur Herstellung des Ventilsitzes 5. Hierbei sind zwei Laser- bzw. Elektronenstrahlen 9 und 9' vorgesehen, von denen der erste Laserstrahl 9 für die Verbindung der inneren Schicht 6 mit dem Zylinderkopf 1 sorgt und der zweite Laserstrahl 9' für die Verbindung der äußeren Schicht 7 mit der inneren Schicht 6 zuständig ist. Da die Schmelze 10 der inneren Schicht 6 bereits nach wenigen Millimetern der Entfernung des Laserstrahls 9 in Richtung des Pfeils A erstarrt ist, kann der zweite Laserstrahl 9' dem ersten Laserstrahl 9 in einem relativ geringen Abstand nachfolgen, so dass das gesamte Verfahren zur Herstellung des Ventilsitzes 5 nur geringfügig mehr Zeit in Anspruch nimmt, als wenn der Ventilsitz 5 lediglich aus einer Schicht bestehen würde. Dieses Verfahren lässt sich vorteilhaft durchführen, wenn die äußere Schicht 7 in Pulverform aufgebracht wird, wobei das Material für die innere Schicht 6 in einer Weise wie oben beschrieben aufgebracht werden kann. 4 shows a very schematic representation of a further possibility for carrying out the method for producing the valve seat 5 , Here are two laser or electron beams 9 and 9 ' provided, of which the first laser beam 9 for the connection of the inner layer 6 with the cylinder head 1 and the second laser beam 9 ' for the connection of the outer layer 7 with the inner layer 6 responsible is. Because the melt 10 the inner layer 6 after only a few millimeters of the distance of the laser beam 9 solidified in the direction of the arrow A, the second laser beam 9 ' the first laser beam 9 in a relatively small distance follow, so that the entire process of manufacturing the valve seat 5 takes only slightly longer than when the valve seat 5 would consist of only one layer. This method can be advantageously carried out when the outer layer 7 is applied in powder form, wherein the material for the inner layer 6 can be applied in a manner as described above.

Claims (15)

Ventilsitz für einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine, welcher ein mit dem Basismaterial des Zylinderkopfes verschmolzenes Zusatzmaterial aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzmaterial wenigstens zwei übereinanderliegende Schichten (6,7) aufweist, wobei die dem Zylinderkopf (1) zugewandte, innere Schicht (6) gute Verbindungseigenschaften zu dem Basismaterial des Zylinderkopfes (1) aufweist, und wobei die dem Zylinderkopf (1) abgewandte, äußere Schicht (7) gute Festigkeits- und Verschleißeigenschaften aufweist.Valve seat for a cylinder head of an internal combustion engine, which has a filler material fused to the base material of the cylinder head, characterized in that the filler material has at least two superimposed layers ( 6 . 7 ), wherein the cylinder head ( 1 ), inner layer ( 6 ) good connection properties to the base material of the cylinder head ( 1 ), and wherein the cylinder head ( 1 ) facing away, outer layer ( 7 ) has good strength and wear properties. Ventilsitz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Schicht (6) gute Wärmeleitungseigenschaften aufweist.Valve seat according to claim 1, characterized in that the inner layer ( 6 ) has good heat conduction properties. Ventilsitz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Schicht (6) Kupfer oder eine Kupferlegierung aufweist.Valve seat according to claim 1 or 2, characterized in that the inner layer ( 6 ) Comprises copper or a copper alloy. Ventilsitz nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupferlegierung als Legierungsbestandteil Aluminium aufweist.Valve seat according to claim 3, characterized in that the copper alloy has aluminum as the alloy constituent. Ventilsitz nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupferlegierung als Legierungsbestandteil Eisen aufweist.Valve seat according to claim 3 or 4, characterized the copper alloy has iron as the alloying constituent. Ventilsitz nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Schicht (7) Nickel, Eisen und/oder Kobalt oder eine Legierung mit wenigstens einem dieser Materialien aufweist.Valve seat according to one of claims 1 to 5, characterized in that the outer layer ( 7 ) Comprises nickel, iron and / or cobalt or an alloy with at least one of these materials. Ventilsitz nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Nickel-, Eisen- und/oder Kobaltlegierung als Legierungsbestandteil Chrom aufweist.Valve seat according to claim 6, characterized that the nickel, iron and / or cobalt alloy as an alloying ingredient Chrome has. Ventilsitz nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Nickel-, Eisen- und/oder Kobaltlegierung als Legierungsbestandteil Silizium aufweist.Valve seat according to claim 6 or 7, characterized that the nickel, iron and / or cobalt alloy as an alloying ingredient Has silicon. Ventilsitz nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Nickel-, Eisen- und/oder Kobaltlegierung als Legierungsbestandteil Molybdän aufweist.Valve seat according to claim 6, 7 or 8, characterized that the nickel, iron and / or cobalt alloy as an alloying ingredient Molybdenum has. Verfahren zur Herstellung eines Ventilsitzes für einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei welchem durch Einbringung von Energie das Zusatzmaterial an derjenigen Stelle mit dem Zylinderkopf verschmolzen wird, an welchem der Ventilsitz gebildet werden soll, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Verschmelzung der inneren Schicht (6) mit dem Basismaterial des Zylinderkopfes (1) die äußere Schicht (7) mit der inneren Schicht (6) durch Einbringung von Energie verschmolzen wird.Method for producing a valve seat for a cylinder head of an internal combustion engine according to one of Claims 1 to 9, in which, by introducing energy, the additional material is fused at the location with the cylinder head at which the valve seat is to be formed, characterized in that after the fusion the inner layer ( 6 ) with the base material of the cylinder head ( 1 ) the outer layer ( 7 ) with the inner layer ( 6 ) is fused by introducing energy. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzmaterial mittels eines Laserstrahls (9,9') mit dem Zylinderkopf (1) verschmolzen wird.A method according to claim 10, characterized in that the additional material by means of a laser beam ( 9 . 9 ' ) with the cylinder head ( 1 ) is merged. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzmaterial mittels eines Elektronenstrahls mit dem Zylinderkopf (1) verschmolzen wird.A method according to claim 10, characterized in that the additional material by means of an electron beam with the cylinder head ( 1 ) is merged. Verfahren nach Anspruch 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Schicht (6) in Form eines festen Ringes auf den Zylinderkopf (1) aufgelegt wird, und dass die äußere Schicht (7) in Pulverform auf die innere Schicht (6) aufgebracht wird.Method according to claim 10, 11 or 12, characterized in that the inner layer ( 6 ) in the form of a fixed ring on the cylinder head ( 1 ) and that the outer layer ( 7 ) in powder form on the inner layer ( 6 ) is applied. Verfahren nach Anspruch 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Schicht (6) und die äußere Schicht (7) in Pulverform aufgebracht werden.Method according to claim 10, 11 or 12, characterized in that the inner layer ( 6 ) and the outer layer ( 7 ) are applied in powder form. Verfahren nach Anspruch 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Schicht (6) und die äußere Schicht (7) in Form eines festen Ringes aufgebracht werden.Method according to claim 10, 11 or 12, characterized in that the inner layer ( 6 ) and the outer layer ( 7 ) are applied in the form of a solid ring.
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