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Die
Erfindung betrifft ein Leichtbauventil, insbesondere für Brennkraftmaschinen,
gemäß Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Leichtbauventile
der hier angesprochenen Art sind bekannt (
DE 198 04 053 A1 ). Sie
werden unter anderem als Ein- und Auslassventile für Verbrennungsmotoren
eingesetzt und umfassen einen massiven oder hohlen, nur eine geringe
Wandstärke
aufweisenden Ventilschaft, einen trichter-/trompetenförmigen Ventilkegel
sowie einen Ventilteller zum Verschließen des Ventilkegels, wobei
der Ventilteller zum Zwecke der Gewichtsreduzierung auf seiner dem
Ventilkegel zugewandten Flachseite mit einer Vertiefung versehen
ist. Die Vertiefung ist von der Umfangsfläche des Ventiltellers beabstandet,
so dass randseitig eine ebene Ringfläche gebildet ist, an der der
Ventilkegel mit seinem durchmessergrößeren Ende stirnseitig in Anlage
gebracht ist. Ventilkegel und Ventilteller sind in ihrem Anbindungsbereich
miteinander verschweißt.
Nachteilig bei dem bekannten Leichtbauventil ist, dass ein präzises, gegenseitiges Ausrichten
der Einzelteile, insbesondere des Ventilkegels gegenüber dem
Ventilteller, vor dem Fügeprozess
nur mit hohem Aufwand realisierbar ist und spezielle Haltevorrichtungen
erforderlich sind, die den Ventilteller und den Ventilteller während des
Fügeprozesses
lagegenau beieinander halten.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, ein Leichtbauventil der eingangs genannten
Art zu schaffen, das diesen Nachteil nicht aufweist.
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Zur
Lösung
der Aufgabe wird ein Leichtbauventil mit den Merkmalen des Anspruchs
1 vorgeschlagen. Dieses zeichnet sich dadurch aus, dass der Ventilkegel
mit seinem durchmessergrößeren Endbereich
in die Vertiefung hineinragt. Auf Grund dieser Ausgestaltung erfolgt
in einfacher Weise eine exakte Ausrichtung von Ventilkegel und Ventilteller zueinander,
ohne dass hierfür
spezielle Vorrichtungen erforderlich sind. Weiterhin ist der Ventilteller durch
den Eingriff des Ventilkegels in die Vertiefung gegen radiales Verschieben
relativ gegenüber
dem Ventilkegel gesichert. Vorteilhaft ist ferner, dass die erfindungsgemäße Ausgestaltung
des Anbindungsbereich mehr Möglichkeiten
der Schweißnahtgestaltung
als das bekannte Leichtbauventil bietet.
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Gemäß einer
ersten Ausführungsform
ist vorgesehen, dass der Ventilkegel und der Ventilschaft als einstückiges Bauteil
ausgebildet sind. Dabei kann der Ventilkegel am Ventilschaft durch
auftulpen, das heißt
durch aufweiten des hohlen Schaftendes hergestellt sein. Nach einer
zweiten Ausführungsform
des Leichtbauventils ist der Ventilkegel ein separates Bauteil,
das an seinem durchmesserkleineren Ende am Ventilschaft oder an
einem am Ventilteller vorgesehenen, den Ventilkegel durchgreifenden
Schaftverbindungsglied und an seinem durchmessergrößeren Ende
am Ventilteller fixiert ist.
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Der
Durchmesser der Vertiefung und der Außendurchmesser des Ventilkegels
an seinem durchmessergrößeren Ende
können
so aufeinander abgestimmt sein, dass beim Einbringen des Ventilkegels in
die Vertiefung eine Kraftschlussverbindung zwischen diesen Teilen
gebildet ist, wodurch diese unverrückbar und verliersicher miteinander
verbunden sind. Dies vereinfacht das Handling dieser durch Einstecken
des Ventilkegels in die Ventiltellervertiefung gebildeten Baugruppe
während
des nachfolgenden Fügeprozesses,
also wenn Ventilkegel und Ventilteller stoffschlüssig miteinander verbunden
werden, vorzugsweise verschweißt
oder verlötet.
Weitere Befestigungsmittel zum Verbinden des Ventiltellers und des
Ventilschafts zum Zwecke der Vormontage sind nicht erforderlich.
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Bei
einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel des Leichtbauventils
ist die Vertiefung im Ventilteller als Zentrier- und/oder Abstützsitz ausgebildet.
Dabei ist die Vertiefung vorzugsweise so ausgebildet, dass beim
Einführen
des durchmessergrößeren Endbereichs
des Ventilkegels eine gewünschte
Ausrichtung des Ventilkegels relativ gegenüber dem Ventilteller erfolgt,
so dass auf separate Zentriermittel verzichtet werden kann. Zusätzlich oder
alternativ dient dabei die Vertiefung als Lagerstelle für den Ventilkegel.
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Bei
einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist
vorgesehen, dass der Ventilteller aus der intermetallischen Phase
Titanaluminid (TiAl) oder einer TiAl-Legierung durch Gießen hergestellt
ist. Dieser Ventilteller weist ein nur geringes Gewicht auf und
ist zudem extrem verschleißfest.
Nach einer anderen Ausführungsvariante
ist vorgesehen, dass der Ventilteller aus Stahl, insbesondere Werkzeugstahl
besteht und durch Schmieden hergestellt sind. Nach einer dritten
Ausführungsvariante
wird der Ventilteller mittels eines Pulvermetallurgie-Herstellungsverfahren gefertigt,
insbesondere aus einem Werkzeugstahl, welcher extrem verschleißfest ist.
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Bezüglich der
für den
Ventilschaft und den Ventilteller verwendbaren Materialien wird
auch auf die
DE 100
29 299 C2 ver wiesen, deren Inhalt bezüglich der eingesetzten Materialien
Gegenstand dieser Beschreibung ist.
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Bei
einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel
des Leichtbauventils ist der Ventilkegel als Blechbauteil ausgebildet.
Als Material findet beispielsweise unlegierter Baustahl, insbesondere St-52,
oder niedrig legierter Stahl, insbesondere X10Cr13, Verwendung.
Der Ventilkegel kann kostengünstig
in einem Tiefziehverfahren hergestellt werden.
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Weitere
vorteilhafte Ausführungsbeispiele des
Leichtbauventils ergeben sich aus Kombinationen der in der Beschreibung
und in den Unteransprüchen
genannten Merkmale.
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es
zeigen:
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1 einen
Ausschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels
eines Leichtbauventils für
Verbrennungsmotoren in perspektivischer und aufgebrochener Darstellung;
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2 eine
perspektivische Darstellung eines in 1 dargestellten
Ventilkegels;
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3 in
perspektivischer und aufgebrochener Darstellung einen Ausschnitt
eines weiteren Ausführungsbeispiels
eines Ventiltellers;
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4 einen
Ausschnitt eines dritten Ausführungsbeispiels
des Leichtbauventils in perspektivischer und aufgebrochener Darstellung
und
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5 einen
Ausschnitt eines vierten Ausführungsbeispiels
des Leichtbauventils in Schnittdarstellung.
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1 zeigt
einen Teil eines ersten Ausführungsbeispiels
eines mehrteilig ausgebildeten Leichtbauventils 1 für Verbrennungsmotoren.
Dieses kann als thermisch weniger belastetes Einlassventil oder als
thermisch höher
belastetes Auslassventil eingesetzt werden, wobei das Material der
einzelnen Teile in Abhängigkeit
der Verwendung des Leichtbauventils 1 entsprechend gewählt wird.
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Das
um seine Längsmittelachse 2 rotationssymmetrische
Leichbauventil 1 umfasst einen hier aus Vollmaterial bestehenden
Ventilschaft 3, einen hohlen Ventilkegel 5 sowie
einen den Ventilkegel 5 verschließenden Ventilteller 7.
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Der
einen kreisförmigen
Querschnitt aufweisende Ventilschaft 3 weist einen durchmessergrößeren Längsabschnitt 9 auf,
an den sich ein durchmesserkleinerer Längsabschnitt 11 anschließt, wodurch an
der Ventilschaft-Außenumfangsfläche 13 eine
umlaufende, ringförmige
Anlageschulter 15 gebildet ist. Alternativ kann der Ventilschaft 3 aus
Gründen
der Gewichtsreduzierung auch einen Hohlraum aufweisen. Der Ventilschaft 3 kann
beispielsweise von einem präzisionsgezogenen
Rohr aus Stahl, beispielsweise X45, gebildet sein, das an seinem
nicht dargestellten Ende mittels eines Ventilschaftendstücks/-fußes verschlossen.
Der Ventilschaft 3 weist an seinem in 1 erkennbaren
Ende eine plane Stirnfläche 17 auf.
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Der
in den 1 und 2 dargestellte Ventilkegel 5 ist
von einem separaten Blechteil gebildet und weist eine nur geringe
Wandstärke
auf. Der einstückige
Ventilkegel 5 weist einen Grundkörper in Form einer Tellerfeder
auf, an dessen durchmesserkleineren Ende ein kragenförmiger Führungs-
und Zentrierabschnitt 19 angeformt ist, welcher von einer Durchgangsöffnung 21 durchdrungen
ist, durch die der Ventilschaft 3 im zusammengefügten Zustand hindurchgreift.
Der Durchmesser der Durchgangsöffnung 21 ist
gleich groß wie
oder größer als
der Außendurchmesser
des Ventilschafts 3, so dass dieser die Durchgangsöffnung 21 entweder
mit Spiel durchgreift oder eine Kraftschlussverbindung zwischen Ventilschaft 3 und
Ventilkegel 5 gebildet ist. Beim Aufstecken des Ventilkegels 5 auf
den Ventilschaft 3 erfolgt auf Grund des Führungs-
und Zentrierabschnitts 19 selbsttätig eine Ausrichtung/Zentrierung dieser
Teile zueinander.
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Der
Ventilteller 7 ist auf seiner dem Ventilschaft 3 zugewandten
Flachseite mit einer als Lagerstelle/-sitz für den Ventilkegel 5 dienende
Vertiefung 23 versehen, in die der Ventilkegel 5 mit
seinem durchmessergrößeren Ende
hineinragt. Die Vertiefung 23 weist in Draufsicht gesehen
einen kreisrunden Querschnitt auf. Die Vertiefung 23 ist
dabei so ausgebildet, dass der Übergang
zwischen Ventilteller 7 und Ventilkegel 5 in deren
Anbindungsbereich stufenlos ist. Mittels des Ventiltellers 7 wird
der Hohlraum des Ventilkegels 5 verschlossen. Bei dem in 1 dargestellten
Ausführungsbeispiel
ist der Boden der Vertiefung 23 eben ausgebildet. Die Seitenwand 25 der
Vertiefung 23 verläuft
senkrecht zum Boden der Vertiefung 23. Der Durchmesser
der Vertiefung 23 und der Außendurchmesser des Ventilkegels 5 an
seinem durchmessergrößeren Ende
sind gleich groß beziehungsweise
in etwa gleich groß.
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Wie
aus 1 ersichtlich, befindet sich die durchmessergrößere Stirnfläche 27 des
Ventilkegels 5 in Gegenüberlage
mit der Vertiefungsseitenwand 25, ist also vollständig in
der Vertiefung 23 angeordnet. Der Ventilkegel 5 ist
mit seinem durchmessergrößeren Ende
soweit in die Vertiefung 23 eingeführt, bis er am Boden der Vertiefung 23 anstößt. Es ist
daher in einfacher Weise eine reproduzierbare Anordnung des Ventilkegels 5 gegenüber dem
Ventilteller 7 realisiert.
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Der
Ventilteller 7 ist scheibenförmig ausgebildet und weist
einen ersten, zylindrischen Längsabschnitt 29 mit
gleichbleibendem Querschnitt und einen sich daran anschließenden,
kegligen zweiten Längsabschnitt 31A sowie
einen sich daran anschließenden,
kegligen dritten Längsabschnitt 31B auf, wobei
der Kegelwinkel des dritten Längsabschnitts 31B gleich
groß wie
der Kegelwinkel des Ventilkegels 5 an seinem durchmessergrößeren Ende
ist, wodurch ein stufenloser Übergang
im Anbindungsbereich zwischen diesen Teilen realisiert ist.
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Im
ordnungsgemäß zusammengefügten Zustand
liegt die Stirnfläche 17 des
Ventilschafts 3 flächig
am Grund der Vertiefung 23 an, wie in 1 dargestellt.
Der Ventilteller 7 wird daher vom Ventilschaft 3 auf
seiner dem Brennraum abgewandten Flachseite abgestützt, so
dass eine optimale Einleitung der auf den Ventilteller 7 wirkenden
Gaskräfte
in den Ventilschaft 3 gewährleistet werden kann, ohne
dass es dabei zu unzulässig
hohen Verformungen des Ventiltellers 7 und des Ventilkegels 5 kommt.
Auf Grund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung
des Leichtbauventils 1 kann sichergestellt werden, dass der
Ventilkegel 5 im Betrieb des Leichtbauventils 1 annähernd kraftfrei
ist, das heißt,
dass -wenn überhaupt-
nur sehr geringe Kräfte über den
Ventilteller 7 in den Ventilkegel 5 eingeleitet
werden. Der Ventilkegel 5 kann daher sehr dünnwandig
ausgebildet sein, was vorteilhaft bei der Herstellung desselben
ist und trägt
darüber
hinaus zur Verringerung des Gewichts des Leichtbauventils bei.
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Der
Ventilteller 7 und der Ventilschaft 3 werden mittels
Stoffschluss unlösbar
miteinander verbunden. Dies kann beispielsweise mittels Reib-, Strahl-,
Schmelz- oder Kondensatorentladungsschweißen erfolgen. Zusätzlich oder
alternativ kann der Ventilschaft 3 an seiner Stirnfläche 17 mit
dem Ventilteller 7 verschweißt sein.
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Vor
oder nach dem stoffschlüssigen
Verbinden von Ventilschaft 3 und Ventilteller 7 wird
der Ventilkegel 5 auf den Ventilschaft 3 aufgeschoben
und zwar soweit, bis dessen durchmessergrößerer Endbereich in die Vertiefung 23 eingreift.
Der Ventilkegel 5 wird im Bereich des Führungs- und Zentrierabschnitts 9 mit
dem Ventilschaft 3 und in dem im Bereich der Vertiefung 23 liegenden
Anbindungsbereich mit dem Ventilteller 7 verschweißt und zwar
vorzugsweise mittels eines Reib-, Strahl- oder Schmelzschweißverfahren.
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Festzuhalten
bleibt noch, dass der Ventilkegel 5 im Bereich seines Führungs-
und Zentrierabschnitts 9 eine reduzierte Wandstärke aufweist,
so dass eine nur schmale Anlageschulter 15 am Ventilschaft 3 ausreichend
ist, um einen stufenlosen Übergang
zwischen Ventilkegel und Ventilschaft zu realisieren.
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Bei
einem anderen, in den Figuren nicht dargestellte Ausführungsbeispiel
ist vorgesehen, dass der Ventilschaft 3 im Anbindungsbereich
des Ventilkegels 5, also an dessen durchmesserkleineren
Endbereich, einen konstanten Querschnitt aufweist, wodurch von der
Stirnfläche
des Ventilkegels 5 eine umlaufende Randstufe gebildet ist,
die jedoch auf Grund der reduzierten Wandstärke des Ventilkegels 5 nur eine
geringe Breite aufweist. Die Beeinflussung der Brenngasführung im
Bereich der Außenkontur
des Ventilkegels 5 ist daher nur gering.
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Das
vorstehend anhand der 1 und 2 beschriebene
Leichtbauventil 1 zeichnet sich insbesondere dadurch aus,
dass seine Einzelteile sich in einfacher Weise durch zusam menstecken
miteinander verbinden beziehungsweise vorfixieren lassen und dass
dabei auf Grund der konstruktiven Ausgestaltung der Einzelteile
eine selbstständige
Ausrichtung/Zentrierung derselben zueinander erfolgt.
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Die
im Betrieb des Leichtbauventils 1 auf den Ventilteller 7 wirkenden
Gaskräfte
werden in vorteilhafter Weise über
den mittig am Ventilteller 7 anliegenden Ventilschaft 3 abgestützt. Dabei
kann sichergestellt werden, dass die auf den Ventilteller 7 wirkenden
Gaskräfte
nicht oder nur in unschädlichem Maße in den
sehr dünnwandigen
Ventilkegel 5 eingeleitet werden. Eine Verformung des Ventilkegels 5 kann
daher mit Sicherheit ausgeschlossen werden.
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3 zeigt
einen Ausschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels des Ventiltellers 7.
Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, so dass
insofern auf die Beschreibung zu den 1 und 2 verwiesen
wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel
sind in der Vertiefung 23 drei Versteifungsrippen 33 vorgesehen,
die in den Ventilteller 7 einformt sind. In der Darstellung
gemäß 3 sind
lediglich die Versteifungsrippen 33A und 33B erkennbar.
In Draufsicht auf die dem Ventilschaft 3 zugewandte Flachseite
des Ventiltellers 7 gesehen, verlaufen die Versteifungsrippen 33 radial
zur Längsmittelachse 2 des Leichtbauventils 1 und
sind in einem Abstand von 120° voneinander
angeordnet. Die Länge
der vom Randbereich der Vertiefung 23 in Richtung Ventiltellermitte
ausgehenden Versteifungsrippen 33 entspricht in etwa dem
halben Radius des Ventiltellers 7. Wie aus 3 ersichtlich,
sind bei diesem Ausführungsbeispiel
die Versteifungsrippen 33 als geradlinige Leisten ausgebildet,
deren Höhe
in Richtung der Ventiltellermitte hin zunimmt und deren Breite in Richtung
der Ventiltellermitte hin abnimmt.
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Die
Versteifungsrippen 33 sind komplementär mit der Innenwand des Ventilkegels 5 ausgebildet, so
dass dieser im zusammengefügten
Zustand des Leichtbauventils 1 mit seiner Innenwand auf
der oberen Schmalseite 35 der Versteifungsrippen 33 flächig anliegt
und somit von diesen abgestützt
ist. Der Ventilkegel 5 und die Versteifungsrippen 33 können an
ihrem Anlagekontaktbereich miteinander verschweißt oder verlötet sein.
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Wie
aus 3 ersichtlich, ist die Vertiefung 23 in
ihrem Randbereich mit einer zur Abstützung beziehungsweise als Anlageschulter
für den
Ventilkegel 5 dienenden, umlaufenden Randstufe 37 versehen, die
so ausgebildet ist, dass der Ventilkegel 5 auf seiner Innenseite
am Boden der Randstufe 37 anliegt. Auch bei dem in 1 dargestellten
Ausführungsbeispiel
des Leichtbauventils 1 ist eine derartige Randstufe 37 vorgesehen.
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Der
Ventilteller 7 mit den daran einstückig ausgebildeten Versteifungsrippen 33 ist
auf Grund seiner einfachen Geometrie durch Schmieden kostengünstig herstellbar.
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Festzuhalten
bleibt, dass der Ventilschaft 3 und der Ventilteller 7 aus
dem gleichen Material oder aus unterschiedlichen Materialien bestehen
können. Die
Verbindung zwischen Ventilteller 7 und Ventilschaft 3 kann
insbesondere auch bei allen anhand der 1 bis 3 beschriebenen
Ausführungsbeispielen
des Leichtbauventils 1 mittels Reib-, Strahl-, Schmelz- oder Kondensatorentladungsschweißen erfolgen.
Das Verbinden von Ventilteller 7 und dem extrem dünnwandigen
Ventilkegel 5 erfolgt vorzugsweise mittels Strahl-, Schmelz-
oder Laserschweißen.
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Zusammenfassend
bleibt festzuhalten, dass das erfindungsgemäße Leichtbauventil 1 sich
neben seinem nur geringen Gewicht insbesondere dadurch auszeichnet,
dass es nur wenige einzelne Bauteile aufweist, die mit wenigen,
einfachen Fügeoperationen
miteinander verbunden werden können,
so dass es insgesamt kostengünstig
herstellbar ist.
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4 zeigt
einen Ausschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels des Leichtbauventils 1.
Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, so dass
insofern auf die Beschreibung zu den vorangegangenen Figuren verwiesen
wird. Der Ventilschaft 3 ist hier rohrförmig ausgebildet und weist
daher einen Schafthohlraum 39 auf, der am nicht dargestellten
Ende des Leichtbauventils 1 mittels eines Ventilschaftendstücks/-fußes verschlossen
ist. Der Ventilkegel 7 ist durch Durchmesseraufweitung
des Ventilschaftendes gebildet. Durch die Aufweitung des Ventilschaftendes
und die spezielle Form des Ventilkegels 5 ergibt sich ein
konischer Übergang
vom Schafthohlraum 39 zum Ventilkegel 7 hin.
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In
der Mitte des Ventiltellers 7 ist ein Abstützdom 41 angeformt,
der die Flachseite des Ventiltellers 7 überragt und in seiner Mitte
eine fluchtend zum Schafthohlraum 39 verlaufende Vertiefung 43 aufweist.
Der Abstützdom 41 weist
einen kreisringförmigen
Querschnitt auf und liegt im Bereich seiner Stirnfläche 45 am
Ventilkegel 5 an.
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Der
Abstützdom 41 ist
bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel
mittels Kondensatorentladungsschweißen mit dem Ventilkegel 5 stoffschlüssig verbunden.
Dabei ist die Stirnfläche 45 durch
teilweises aufschmelzen und anpressen des Ventiltellers gegen den
Ventilkegel so verformt, dass die Anlagekontaktfläche 47 des
Abstützdoms 41 komplementär zum gegenüberliegenden
Innenwandbereich des Ventilkegels ausgebildet ist. Der Ventilkegel 5 kann
auch an seinem durchmessergrößeren Ende
mittels Kondensatorentladungsschweißen mit dem Ventilteller 7 im
Bereich der Vertiefung 23 verbunden sein, so dass die Fixierung
in beiden vorstehend genannten Bereichen in einem Arbeitsgang erfolgen
kann. Andere Stoffschlussverbindungsvarianten sind selbstverständlich auch
möglich.
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Die
Anlagekontaktfläche 47 zwischen
dem Abstützdom 41 und
dem Ventilkegel 5 kann umlaufend ausgebildet sein, so dass
die Vertiefung 23 im Ventilteller 7 eine abgeschlossene,
ringförmige
Kammer bildet, deren Wände
vom Ventilteller, Ventilkegel und dem Abstützdom gebildet sind. Es kann
vorteilhaft sein, abgeschlossene Räume/Kammern zu vermeiden, was
bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel
beispielsweise dadurch realisierbar ist, dass die Anlagekontaktfläche 47 von
Schlitzen unterbrochen ist, so dass auch im verschweißten Zustand von
Ventilteller 7 beziehungsweise Abstützdom 41 und Ventilkegel 5 wenigstens
eine Mediumverbindung zwischen den Vertiefungen 23 und 43 besteht. Dadurch
können
lokale Druckunterschiede im Leichtbauventil 1 ausgeschlossen
werden. Die Mediumverbindung kann zusätzlich oder alternativ auch
durch eine oder mehrere, quer zur Längserstreckung des Abstützdoms 41 verlaufende
Durchbrüche/Bohrungen
gebildet sein.
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Das
hohle Leichtbauventil 1, das an seinem einen Ende mittels
des Ventilendstücks
und an seinem anderen Ende mittels des Ventiltellers 7 dichtend
verschlossen ist, kann mit einem Kühlmedium, beispielsweise Natrium,
gefüllt
sein. Dabei ist sowohl der Schafthohlraum 39 als auch die
Vertiefung 43 im Abstützdom 41 mit
dem Kühlmedium
gefüllt,
so dass sowohl Ventilschaft als auch Ventilteller sowie Ventilkegel
gekühlt
werden. Sofern eine Mediumverbindung, wie sie vorstehend beschriebenen
ist, zwischen den Vertiefungen 43 und 23 vorgesehen
ist, gelangt das Kühlmedium
auch in die von der Vertiefung 23 gebildete Kammer und
kann bei entsprechender Ausges taltung der Mediumverbindung dort auch
zirkulieren, was zur Verbesserung der Wärmeabfuhr aus dem Ventilteller
beiträgt.
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5 zeigt
einen Ausschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels des Leichtbauventils 1.
Teile, die bereits anhand der vorangegangenen Figuren beschrieben
wurden, sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, so dass insofern
auf die Beschreibung zu den 1 bis 4 verwiesen
wird. Der Ventilteller 7 weist auf seiner die Vertiefung 23 aufweisenden
Flachseite ein Schaftverbindungsglied 49 auf; das einstückig mit
dem Ventilteller 7 ausgebildet ist und sich in dessen Mitte
befindet. Das Schaftverbindungsglied 49 ist an seinem freien
Ende mit dem Ventilschaft 3 verbunden, was bei dem in 5 dargestellten
Ausführungsbeispiel
mittels Reibschweißen
erfolgt. Die umlaufende, wulstige Reibschweißnaht 51 wird in einem
nachfolgenden Arbeitsgang durch spanabhebende Behandlung entfernt.
Die Länge
des Schaftverbindungsglieds 49 ist bei diesem Ausführungsbeispiel
so gewählt,
dass bei zusammengesetztem Leichtbauventil 1 der Anbindungsbereich
zwischen Schaftverbindungsglied 49 und Ventilschaft 3 außerhalb
des Ventilkegelhohlraums angeordnet ist. Diese Ausgestaltung bietet
sowohl die Möglichkeit,
zunächst
den Ventilkegel 5 mit dem Ventilteller 7 und dem
Schaftverbindungsglied 49 zu verbinden und erst nachfolgend
den Ventilschaft 3 mit dem Ventilteller 7 als
auch die alternative Verfahrensvariante, dass in einem ersten Schritt
der Ventilschaft 3 mit dem Schaftverbindungsglied 49 und
erst in einem zweiten Schritt der Ventilkegel 5 mit dem
Ventilteller 7 und dem Schaftverbindungsglied 49 verbunden
werden.
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Das
Schaftverbindungsglied 49 weist in seinem Anbindungsbereich
an den Ventilschaft 3 den gleichen Außendurchmesser und die gleiche
Form wie der Ventilschaft 3 auf, wodurch ein stufenloser Übergang
realisiert werden kann.
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Am
Schaftverbindungsglied 49 sind Mittel zur partiellen, innenseitigen
Abstützung
des dünnwandigen
Ventilkegels 5 vorgesehen, die bei diesem Ausführungsbeispiel
von einer an das Schaftverbindungsglied 49 angeformten
Verdickung 53 gebildet sind, die sich -in Richtung der
Längsmittelachse 2 des
Leichtbauventils 1 gesehen- mit axialem Abstand vom Boden
der Vertiefung 23 beziehungsweise der dem Ventilkegel 5 zugewandten
Flachseite des Ventiltellers 7 befindet. Die Verdickung 53 weist
eine bei dem Ausführungsbeispiel
gemäß 5 umlaufend ausgebildete,
konische Abstützfläche 55 auf,
die im Anlagekontakt mit einem Innenwandbereich des Ventilkegels 5 steht,
wodurch der Ventilkegel 5 abgestützt ist. Die Kontur der Abstützfläche 55 ist
komplementär
zu diesem Ventilkegel-Innenwandbereich ausgebildet,
wodurch eine vollflächige
Anlage gewährleistet
werden kann.
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Der
Abstand der Verdickung 53 vom Ventilteller 7 und
deren Ausgestaltung ist derart, dass der auf das Schaftverbindungsglied 49 aufgesteckte Ventilkegel 5 sowohl
gegenüber
dem Ventilteller 7 zentriert als auch in einem solchen
Abstand vom Ventilteller 7 gehalten ist, dass der Ventilkegel 5 mit seinem
durchmessergrößeren Ende
in gewünschter Weise
in die Vertiefung 23 hineinragt.
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Der
Ventilkegel 5 unterscheidet sich von dem anhand der 1 und 2 beschriebenen
dadurch, dass er eine einfachere, kostengünstiger herstellbare Form aufweist,
nämlich
die einer Tellerfeder.
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Festzuhalten
bleibt, dass der Ventilkegel 5 an seinem durchmesserkleineren
Ende mittels der Verdickung 53 und an seinem durchmessergrößeren Ende
mittels der Vertiefung 23 jeweils abgestützt und zentriert
ist.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
gemäß 5 ist
als besonders vorteilhaft hervorzuheben, dass der Ventilkegel 5 an
seinem durchmesserkleineren Ende einen Durchmesser d aufweist, der
deutlich größer als
der Außendurchmesser
des Ventilschafts 3 ist, so dass sich der Ventilkegel 5 auch
bei vorhandener Reibschweißnaht 51 leicht über den
Ventilschaft 3 stülpen
lässt.
Auf Grund der Ausführung
des Ventilkegels 5 in Tellerform muss der Ventilschaft 3 auch keine
Stufe, das heißt,
einen Durchmessersprung aufweisen, um einen stufenlosen Übergang
zwischen Ventilkegel 5 und Schaftverbindungsglied 49 zu
realisieren, wie aus 5 ersichtlich. Der Ventilkegel 5 liegt
im Übergangsbereich
an die Verdickung 53 bündig
an.
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Bei
einem in den Figuren nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Verdickung 53 am
Ventilschaft 3 angeformt. Die Verbindungsstelle zwischen Ventilschaft 3 und
Schaftverbindungsglied 49 liegt hier innerhalb des Ventilkegelhohlraums.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass auf das Schaftverbindungsglied 49 verzichtet
wird und der die Verdickung 53 aufweisende Ventilschaft 3 -wie
bei dem anhand der 1 beschriebenen Ausführungsbeispiel-
direkt in Anlage mit dem Ventilteller 7 steht und mit diesem verschweißt ist.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
gemäß 5 weist
das Schaftverbindungsglied 49 eine fluchtend zum Schafthohlraum 39 verlaufende
Sacklochöffnung 57 auf,
die sich bis zum Ventilteller 7 hin erstreckt. Um gleichmäßige Druckverhältnisse
im Leichtbauventil 1 sicherstellen zu können, sind im Schaftverbindungsglied 49 um
90° zueinander
versetzt angeordnete, schlitzförmige
Durchbrüche 57 vorgesehen,
die den ringförmigen,
vom Ventilkegel, Ventilteller sowie dem Schaftverbindungsglied 49 begrenzten
Ventilkegelhohlraum mit der Sacklochöffnung 57 verbinden.
Das Leichtbauventil 1 kann mit ei nem Kühlmedium gefüllt sein,
dass auf Grund der Durchbrüche 59 sich
im gesamten Leichtbauventil 1 verteilen kann, was zu einer
verbesserten Kühlung des
Ventils beiträgt.
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Das
anhand der 5 beschriebene Ausführungsbeispiel
lässt sich
besonders einfach mit dem Kühlmedium
befüllen,
indem zunächst
der Ventilschaft, der Ventilkegel sowie der Ventilteller miteinander
verbunden und schließlich
nachfolgend das Kühlmedium über das
offene, freie Ende des hohlen Ventilschafts einfüllt wird. Das freie Ventilschaftende wird
nachfolgend verschlossen, beispielsweise indem das Schaftendstück angeschmiedet
wird.
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Das
anhand der 5 beschriebene Ausführungsbeispiel
zeichnet sich auf Grund seines vorstehend beschriebenen Aufbaus
durch eine leichte Bearbeitbarkeit der Sitz-/Lagerflächen (Abstützfläche 55 und
Vertiefung 23 beziehungsweise Randstufe 37) für den Ventilkegel 5 aus.