DE1526593A1

DE1526593A1 - Mit einem Gehaeuse versehenes Ventil fuer Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE1526593A1
Application number: DE19661526593
Authority: DE
Inventors: Pope Joseph Albert; Norman Fletcher
Original assignee: Mirrlees National Ltd
Current assignee: Mirrlees National Ltd
Priority date: 1965-03-17
Filing date: 1966-03-16
Publication date: 1970-02-12
Also published as: GB1100403A; CH447711A

Description

PATENT

DIPL-CHEM. DR. WERNER KOLH '.--LTRMNG.' RICHARtTGtAWE DIPL-ING. KLAUS DELFS HAMBURG-MÖNCHEN

2000 Hamburg 52 · WaltzilroB· 12 > Iwf »2255 •000 Mlnth·· 22 · Mabkarrslr··· 20 · l«f 32«141

tH* ZEICHEN

KIKtFFTi

UNSER ZEICHEN

MÖNCHEN A 15

München,

16. März 1966

MISRLEES NATIOIiAL LIMITED Bramhall Moor Lane, Hazel Grove Stockport, Cheshire / England

Mit einem Gehäuse versehenes Ventil für Brennkraftmaschinen

Die Erfindung betrifft ein mit einem Gehäuse versehenes Ventil für Brennkraftmaschinen, Insbesondere ein Auspuffventil für größere Verbrennungsmotoren. Derartige Ventile werden deshalb mit einem geschlossenen Gehäuse ausgebildet, damit die Ventile zusammen mit ihrem

OBtGlNAL INSPECTED

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Ventilsitz zur Wartung und Reparatur entfernt werden können, ohne daß der Zylinderkopf abgenommen werden muß. Bis heute müssen derartige mit einem Gehäuse versehene Ventile immer noch, mindestens einmal, gewöhnlich aber mehrere Male, während der Lebenszeit eines Motors ausgewechselt werden, um den durch, die Verbrennungsvorgänge oder andere Einflüsse beschädigten Ventilsitz zu erneuern oder zu reparieren. Dieses Problem ergibt sich, insbesondere, aus bekannten Gründen, bei Motoren, in denen ein Kraftstoff mit einem hohen Natrium- und/oder Vanadium-Gehalt verbrannt wird.

Mit einem Gehäuse versehene Ventile üblicher Bauart bestehen aus einem rohrförmigen Körper mit einer nach, innen vorspringenden Ventilführung, die die Form einer von Radialrippen gehaltenen zentrischen Nabe hat, die ein auswechselbares Ventilführungsglied aufnimmt. Das Gehäuse hat ferner eine Ummantelung, die den unteren oder inneren Seil dieser Ventilführung umgibt. An dem unteren oder Inneren Ende dieser Ummantelung kann ein Ventilsitz entweder einstückig ausgebildet oder auswechselbar aufgesetzt sein, so daß sich

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eine zweiteilige Konstruktion ergibt.

Derartige Ventilgehäuse werden zuweilen mit einer Kühlflüssigkeit gekühlt. Eine derartige Kühlung beschränkte sich jedoch bisher im wesentlichen auf den oberen Teil des Gehäuses, insbesondere auf den die Ventilführung tragenden Teil, so daß die Ventilführung selbst gekühlt wurde. Auch nichtgekühlte Ventilgehäuse sind noch regelmäßig in Gebrauch. Sie sind sogar im allgemeinen bekannter als gekühlte Ausführungsformen. Es wurde jedoch bei einer zweiteiligen Konstruktion bereits vorgeschlagen, ein abnehmbares Endstück des Gehäuses vorzusehen, welches den eigentlichen Ventilsitz bildet, und an der Stoßfläche dieser Teile einen Kaum für das Kühlmittel auszubilden. Bei einer derartigen Aus—. bildung ergibt sich jedoch die Schwierigkeit, Dichtungsmittel vorzusehen, die unter hohen Betriebstemperaturen arbeitsfähig bleiben, um jede Undichtigkeit an den Stoßflächen zu verhindern.

Eines der Probleme bei der zweiteiligen Konstruktion eines mit einem Gehäuse versehenen Ventils besteht, vie bereits erwähnt, darin, sicherzustellen,

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daß der in dem Ventilsitz ausgebildete Hohlraum und/oder die·Zuleitung zu diesem Hohlraum an allen Schweißstellen oder sonstigen Verbindungsstellen der genannten Stoßflächen stets absolut flüssigkeitsdicht, bleibt.

Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß bei der Konstruktion eines Ventilgehäuse β mit einem an den Stoßflächen der beiden !Teile ausgebildeten Raum für das Kühlmittel die an sich bekannte Technik des Elektronenstrahlschweissens angewendet werden kann.

Die Erfindung erstreckt sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines mit einem Gehäuse versehenen Ventiles von zweiteiliger Konstruktion mit einem unmittelbar neben dem Ventilsitz an der Stoßfläche der beiden Teile ausgebildeten Raum zur Durchleitung eines Kühlmittels, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß die Stoßflächen der beiden Teile als durch Rotation mindestens «iner Geraden um mindestens einen Funkt erzeugte Regelfläche oder als Teile davon ausgebildet werden und durch einen Elektronenstrahl, der entsprechend der Bewegung der erzeugenden Geraden geführt wird, zusammengeschweisst werden.

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Torzugswelse kann der Elektronenstrahl durch Rotation um einen Punkt In einer Ebene, geführt werden , wobei diese Ebene bevorzugt senkrecht zur Achse der Ventilführung liegt.

ferner bezieht sich die Erfindung auf alt einem Gehäuse versehene Ventile, die entsprechend dem genannten Verfahren hergestellt sind.

Ausführungsformen der Erfindung werden Im folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen beispielsweise erläutert.

Pig· 1 1st ein Längsschnitt durch eine Ausführungsform eines gemäB der Erfindung hergestellten, mit einem Gehäuse versehenen Ventils.

flg. 2 1st ein Längsschnitt durch dasselbe Ventil Im rechten Winkel zu der Schnittebene von flg. 1.

FIg· 5, 4 und 5 zeigen In Teilansichten gegenüber flg. 1 und 2 abgewandelte Ausführungsformen des Ventils.

YIe In Flg. 1 und 2 gezeigt, besteht die Einheit aus einem Gehäuse» das aus einem Befestigungsflansch 10,

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in dem ein Federgehäuse 11 ausgebildet ist, und' einer konischen Verlängerung 12 besteht, die eine auswechselbare Ventilführung 13 trägt. Die Ventilführung hat am Befestigungsende des Gehäuses sowie am dünneren Ende der konischen Verlängerung Preßsitz, so daß ein konischer kühlbarer Baum gebildet wird, der in Querrichtung von einer Rippe geteilt wird, in welcher Durchlässe 14a und 14b ausgebildet sind.

Am unteren Ende 15 ist das Gehäuse ringförmig und am Ende mit einer ringförmigen Nut 15a versehen; An diesem Ende ist ein den eigentlichen Ventilsitz bildender Ring 16 befestigt, in dem eine die Nut 15a ergänzende flache Ringnut 16a ausgebildet ist· Die aneinanderstoßenden Flächen der Teile 15 und 16, die in einer zur Achse der Ventilführung senkrechten Ebene liegen, sind miteinander durch Elektronenstrahlschweissung verbunden. Dabei wird der Elektronenstrahl in der Ebene der Stoßflächen geführt. Da beide Stoßflächen mit einer Nut versehen sind, ergibt sich eine echte Stumpfnahtschweissung· Der Ventilsitzring kann, wie dargestellt, einstückig aus geeignetem Metall ausgeführt sein, oder er kann eine Ventilsitzfläche

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aus einem anderen Metall aufweisen, die in geeigneter Weise an dem Ring befestigt ist. Wie in fig· 2 dargestellt, sind in dem Gehäuse Kanäle 17» 18, 19, 20 und 21 ausgebildet, um ein Kühlmittel zu dem am Ende des Gehäuses von den Ringnuten 15a und 16a gebildeten Kühlraum zu leiten.

Fig. t und 2 zeigen auch Schmiereinrichtungen für die Ventilführung und den Ventilstößel, die aus einer an dem Ventilstößel 23 ausgebildten Abflachung 22 und einer ergänzenden, in der Ventilführung 13 ausgebildeten Ringnut 25 bestehen, mit der die Ablfachung 22 bei geöffnetem Ventil in Verbindung steht. Eine derartige Ausbildung des Ventils ist in der deutschen !Patentanmeldung H 65 581 der Anmelderin beschrieben.

In dem bereits erwähnten federgehäuse 11 sind Ventilfedern 26 und 27 angeordnet, wobei eine Ventildreheinrichtung 28 durch Kragen 29 am Ende des Ventilstößels befestigt ist. An dem Ventil-

4 stößel ist eine scharfe Schulter 23a ausgebildet, um die !Entfernung von Verbrennungsrückständen, die dazu neigen, sich am Ende des Ventilstößels anzu-

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sammeln, zu unterstützen. Aus bekannten Gründen ist der Ventilstößel vorzugsweise verchromt. Die Teile, in denen die Kanäle 30 und 31 ausgebildet sind, sind zu den Abflachungen 22 komplementär. Auf Grund der Querrippe 14 muß das Kühlmittel über die Ventilführung zu dem Kanal 14a fließen, um in den darüber liegenden Baum einzutreten, sowie wiederum Über die Ventilführung, um die Auslaßleitung 21 zu erreichen. Sie Leitung 14b ist kleiner als die Leitung 14a. Ihre Hauptfunktion besteht darin, zu verhindern, daß Dämpfe oder Gase unterhalb der Rippe 14 gefangen werden, insbesondere bei Motoren mit geneigter Ventilanordnung.

Sie Wirkungsweise des Schmiersystems, das von dem Kühlsystem getrennt ist, ist die folgende: Bei jeder öffnung des Ventils, und wenn die Abflachungen 22 sich entsprechend der Drehstellung des Ventils in Verbindung mit den Kanälen 30 und 31 befinden, fließt Schmiermittel nach unten längs einer Abflachung zu der Ringnut 25 und über die andere Abflachung .nach oben. Das Schmiermittel dient sowohl zum Reinigen als auch zum Schmieren der Ventil-

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führung. Da die Schmierung intermittierend erfolgt, wird ein Durchsickern des Schmiermittels bis zum Ventilkopf im wesentlichen vermieden.

Bei der- in Pig. 3 gezeigten Anordnung sind die - Seile von gleicher Ausbildung wie in I¹Ig. 1 und 2, mit der Ausnahme, daß die innere Stoßfläche 32 und die äußere Stoßflache 33 der Seile 15 und 16 in zwei verschiedenen Ebenen liegen, wobei der Elektronenstrahl zum Schweissen der inneren Stoßfläche vom Innern des Ventilgehäuses aus auf diese gerichtet wird.

Auch bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsfora sind die Teile die gleichen wie in Pig. 1 und 2, mit der Ausnahme, daß die Stoßflächen 34 in Radialrichtung wie die Zähnung eines Kronenzahnrades ausgebildet sind, und daß der Elektronenstrahl.zum Schweissen beweglich angeordnet ist, um dem Verlauf der Flächen zu folgen. Die vergrößerte fläche und Länge der Schweißnaht sowie der abgeknickte Verlauf wirken sich auf die Festigkeit vorteilhaft aus. Diese Ausbildung kann auch bei der Ausführung gemäß Pig. verwendet werden.

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Bei der in Pig. 5 gezeigten Ausführungsform ist die innere Stoßfläche 35 eben, während die äußere Stoßfläche 36 zylindrisch ist. Hierbei liegt der" Punkt, um den der Elektronenstrahl rotiert, auf der Achse des Ventilgehäuses im Unendlichen.

Weitere Abänderungen dieser Art sind möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Bei den beschriebenen Konstruktionen muß offensichtlich eine ausreichende Verträglichkeit der an den Stoßflächen zusammentreffenden Metalle vorliegen, die die Schweissung mittels Elektronenstrahl zuläßt. Versuche haben gezeigt, daß in der Schweißzone eine ungewUnschte metallurgische Struktur auftreten kann, wenn eine Legierung auf Kobaltbasis, beispielsweise die unter dem Warenzeichen SXELLITE vertriebene Legierung, mit einem legierten Stahl mittels Elektronenstrahl zusammengeschweisst wird. Derartige Schwierigkeiten können jedoch auf mannigfache Weise, beispielsweise mit den beiden folgenden Methoden, behoben werden: Die eine Methode besteht darin, daß beide Seile aus Stahl hergestellt werden, und daß der

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eigentliche Ventilsitz auf dem Ventilsitzring 16 in "bekannter Weise vor oder nach dem Elektronenstrahlschweissen angebracht wird. Die zweite, beim Elektronenstrahlschweissen ebenfalls bekannte Methode besteht darin, daß eine Beilagfolie aus Nickel in bekannter V/eise zwischen die Stoßflächen eingeschoben wird und mit dem Elektronenstrahl mitverschweisst wird, um in der Schweißzone eine gewünschte Metallstruktur zu erzielen. Auch andere Metalle können gegebenenfalls für diesen Zweck geeignet sein.

Ein wesentlicher Vorteil aller flüssigkeitsgekühlter Konstruktionen von Ventilsitzen besteht darin, daß das Ventil selbst, da es im Betrieb kühler ist, aus Stahl oder legiertem Stahl hergestellt werden kann, der eine geringere Wärmebeständigkeit, jedoch eine höhere Wärmeleitfähigkeit sowie eine geringere Wärmeausdehnung hat, woraus sich für den Jachmann offensichtliche Vorteile ergeben. Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung wird durch die Art der Schweissung die Wärmeleitungsbarriere, die bei anderen Verbindungsarten an der Verbindungsstelle besteht, im wesentlichen

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Claims

vermieden, 'so daß die Vorteile der zweiteiligen Konstruktion voll ausgenutzt werden. Ansprüche; - 12 - 909887/0584 ,ti .N 68 79Ö Ia/4601 A 85 Hirrless National Limited Patentansprüche

1) Ventil für Brennkraftmaschinen mit einem auf das Ventilgehäuse aufgesetzten, den Ventilsitz "bildenden Hing, wobei in den Berührungsflächen des Gehäuses und des Rings sich zu einem Hingkanal für ein Kühlmittel ergänzende Hüten vorgesehen und die Stoßfläche beiderseits der Nuten als durch Rotation mindestens einer Geraden um mindestens einen Punkt erzeugte Regelflächen ausgebildet und durch Sohweißung miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet , daß die Stoßflächen durch Elektronenstrahlschweißung miteinander verbunden sind.

2 * Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daS die Stoßflächen der Teile (15, 16) in einer zur Achse der Ventilführung senkrechten Ebene liegen (Fig. 1 und 2).

3. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoßflächen in zwei verschiedenen Ebenen liegen.

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ORIGINAL

4. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ebenen parallel zueinander und senkrecht zur. Achse der Veutilführung verlaufen (Pig. 3).

5. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoßflächen eine ineinandergreifende Kronenverzahnung (34) bilden (Pig. 4)·

6. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoßflächen teilweise eben und teilweise zylindrisch verlaufen.

7) Verfahren zur Herstellung eines Ventils nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß zur Verschweißung der Stoßflächen der Elektronenstrahl durch Rotation um mindestens einen Punkt entlang der Erzeugenden der JStoßflachen geführt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektronenstrahl durch Rotation

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um einen Punkt in einer Ebene geführt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektronenstrahl in einer zur Achse des Ventilgehäuses senkrechten Ebene geführt wird.

10) Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9» dadurch gekennzeichnet , daß, insbesondere wenn die Stoßflächen aus verschiedenen Metallen bestehen, das Schweißen in an sich bekannter Weise unter Zwischenlegung einer Schweißfolie aus Nickel ausgeführt wird.

Aue Unterlagen (Art. 7f 1 Abi.2 Wr.1 8iteSdM*iid»rung«g··. v.*a.l«37)

OKG.NAL ,NSPECTED 909887/0564

A,

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