DE1949256C

DE1949256C - Ventilanordnung einer Kolbenbrennkraftmaschine

Info

Publication number: DE1949256C
Authority: DE
Inventors: Werner Winterthur Laubscher (Schweiz)
Original assignee: Gebrueder Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Publication date: 1972-01-13

Description

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Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung einer material zu verbinden, ohne daß die Gefahr einer

Kolbenbrennkraftmaschine mit einem Tellerventil und Rißbildung oder eines Abbröckeins der oberen Schicht

einem Ventilsitzring, die miteinander zusammen- der Panzerung besteht.

wirkende Sitzflächen aufweisen, von denen mindestens Vorzugsweise hat das Material der äußeren Schicht

eine mit einer Panzerung aus einer Schicht eines 5 der Panzerung eine korrosionsbeständige Oberfläche,

metallischen Materials versehen ist, dessen Hitze- welche sich gegenüber aggressiven Stoffen, denen es

bestäadigkeit und Härte wesentlich größer ist als die im Betrieb ausgesetzt ist, inert verhält,

des metallischen Grundmaterials der Sitzfläche, und Durch diese Eigenschaft des Materials wild auch

eine weitere Schicht aus einem anderen harten metal- die Entstehung von Ablagerungen an der Sitzfläche

lischen Material vorhanden ist, dessen Härte kleiner io weitgehend vermieden. Wenn nämlich Ablagerungen

als die der Panzerung ist. am Ventilsitz entstehen, so besteht die Gefahr, daß

Es ist z. B. aus der Zeitschrift »ATZ«, 1936, S. 310, mit der Zeit unter dem Einfluß der zwischen dem oder der USA.-Patentschrift 2 865 359 bekannt, Sitz- Ventil und dem Ventilsitz entstehenden Stöße ein flächen und Schaftenden von Ventilen und Ventilsitzen Teil der gebildeten Schicht abbröckelt, worauf heiße von Kolbenbrennkraftmaschinen mit einer Panzerung 15 Gase aus dem Brennraum des Zylinders durchblasen durch eine Schicht einer Hartauftragslegierung, wie können. Der Einfluß dieser Gase, der mit der Wirkung z. B. des unter der Markenbezeichnung »Stellit« be- eines Schweißbrenners vergleichbar ist, führt darauf kannten Materials, zu versehen, wodurch ihre Lebens- zu einer raschen Vernichtung der Ventilteile. Durch dauer wesentlich verlängert wird. Die bekannten Aus- die erwähnte Wahl des Materials wird diese Erführungen der Panzerungen befriedigen jedoch nicht ao scheinung weitgehend vermieden, bei Dieselmotoren mit Schwerölbetrieb, bei welchen Die Materialien für die äußere Schicht der Panunter anderem eine Hoch-Temperatur-Korrosion durch zerung, welche die erwähnten Eigenschaften aufweisen, einen kombinierten Vanadium-Natrium-Schwefelan- sind die unter der Bezeichnung »Superlegierungen« griff an den Sitzflächen in Erscheinung tritt. Es wurde bekannten hochlegierten Metalle auf Nichteisenbasis, dabei versucht, diese Schwierigkeit durch eine Ver- as dieeine besonders hohe Härtevonüber700kp/mm^sHV wendung widerstandsfähigerer und härterer Panze- aufweisen und auf Nickelbasis, Kobaltbasis oder auf rungen zu überwinden. Dabei entstanden jedoch Wolframbasis ausgebildet sein können. Schwierigkeiten mit der Haftung der harten Legierungen auf den verhältnismäßig weichen austeni- Beispiel 1 tischen oder ferritischen Grundmaterialien der Teile 30
der Ventilanordnung. Ein Auslaßventil aus hochlegiertem Chromnickel-

Andcrerseits ist aus der deutschen Patentschrift stahl für einen Dieselmotor wurde bei einem äußeren

748 506 eine Ausbildung von Sitzflächen von Ventil- Durchmesser des Ventiltellers von 130 mm mit einer

tcllcrn von Brennkraftmaschinen bekannt, bei welcher 4 mm dicken Schicht einer Hartauftragslegierung ver-

der Ventilteller mit einem stellitartigen Hartmetall 35 sehen, welche unter der Bezeichnung »Haynes-Stellite 6«

versehen wird, worauf auf dieser Grundschicht eine von der Firma Union Carbide C <rporation geliefert

dünne Schicht von einigen. Mikron Dicke aus Platin wurde.

oder einer Platinlegierung, z. B. durch Aufdampfen Darauf wurde der Ventiltellsr nach einer Beim Vakuum, aufgetragen wird. Bei dieser Ausführung arbeitung des Stellits sandgestrahlt und auf 700 bis werden zwar zwei Schichten verwendet, die zweite 40 75O⁰C erhitzt, bei welcher Temperatur ein Panzerungs-Schicht, die Platinschicht, ist jedoch so dünn, daß sie belag einer Superlegierung auf Nickelbasis im Flammnicht zur Festigkeit der Dichtungsfläche des Ventiles spritzverfahren angebracht wurde. Die Dicke dieses beitragen kann, und sie besteht außerdem aus einem Belages betrug nach der Endbearbeitung der Ventil-Material, Platin oder einer Platinlegierung, das weicher sitzfläche nach dem Diamant-Schleifverfahren 1,1 bis ist als das stellitartige Material der darunter befind- 45 1,2 mm.

liehen Schicht. Durch eine solche Ausführung werden Die Materialien des Ventils hatten folgende Zu-

somit ebenfalls nicht die genannten Schwierigkeiten sammensetzung:

behoben. Grundwerkstoff (austenitischer Stahl):

Die Erfindung hat die Schaffung einer Ventil- 18,5% Cr, 0,45% C, 2,5% Si, 1,2% Mn, 9% Ni,

anordnung der erwähnten Art zum Ziel, bei welcher 50 1«/ W Rest Fe die genannten Schwierigkeiten vermieden werden und

bei weither eine gute Verbindung einer an der Ober- Zwischenschicht (Stellite 6):

fläche befindlichen Panzerung mit großer Härte mit 28% Cr, 1%C, 4% W, Rest Co.

den. Grundmaterial des Teiles und gleichzeitig auch _Panzerung (Superlegierung auf Nickel-Basis):

eine hohe Lebensdauer im Betrieb erreicht wird, so daß 55 ,,,„. _r „_Q0, _r . ,_{0/ ς}. , _R0, _P , ,„. _n

unter Umständen auf eine Flüssigkeitskühlung, die LtN¹ sonst erforderlich wäre, verzichtet werden kann.

Die erfiiidungsgemäße Ventilanordnung, durch Die Härte der Panzerung betrug dabei 770 bis

welche das erwähnte Ziel erreicht wird, ist dadurch 820 kp/mm¹ HV₁ die Härte der Zwischenschicht 400

gekennzeichnet, daß die Panzerung aus einem Material So bis 450 kp/mm¹ HV, die Härte des Chromnickelstahls

mit einer Härte von über 700 kp/mm¹ HV besteht des Ventilteller 260 bis 280 kp/mm¹ HV.

und daß die weitere Schicht zwischen der Panzerung Auf diese Weise ausgebildete Ventile wurden in

und dem Grundmaterial der Sitzfläche angebracht ist einem Sechszyiinder-Tauchkolben-Dieselmotor (Ur

und ihre Härte im Bereich von 400 bis 600 kp/mm¹ HV Schwerölbetrieb als Auspuffventile eingebaut und

liegt und größer als die des Grundmaterials ist. zeigten nach zwei lOOOstUndigen Dauerläufen mit

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung ist es ⁹ Schweröl keine Anzeichen einer beginnenden Korro-

ην'ΊΊκΙι, in zuverlässiger Weise auch eine sehr harte sion oder einer anderen Beschädigung. Die Ventile

i>:..i/ rnnu mit einem verhältnismäßig weichen Grund- liefen dabei ohne besondere Flüssigkeitskühlung.

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Beispiel 2

Im wesentlichen in der gleichen Weise wurde ein Ventil aus folgenden Materialien hergestellt:
Grundwerkstoff:

Ferritischer Stahl.

Zwischenschicht (Stellit 32 der Firma Union Carbide Corp.):

25"/₀ Cr, 1,7% C₁ 1 % Si, 1 % Mn, 1% Fe, 22% Ni, 12% W, Rest Co.

Obere Panzerung (Superlegierung auf Wolframbasis): 13¹V₀Co, 87% WC.

Die obere Panzerung wurde nach einem Vorwärmen des Ventiltellers auf 500 bis 600⁰C durch Flammspritzen aufgetragen.

Das Ventil, welches mit einer Wasserkühlung versehen war, hatte im Betrieb ähnliche Eigenschaften wie das Ventil nach dem Beispiel 1.

Es versteht sich, daß außer den genannten Superlegierungen für die obere Panzerungsschicht auch andere bekannte Superlegierungen, die auf Nickelbasis, Kobaltbasis oder Wolframbasis, ausgebildet sind, verwendet werden können. Auch für die Zwiselenschicht können andere Materialien als die genannten Materialien verwendet werden.

In der Zeichnung ist ein Teilschnitt des äußeren Randes des Ventilteller eines erfindungsgemäß ausgebildeten Ventils dargestellt. Der Ventilteller 1 mit dem Durchmesser D ist mit einer Zwischenschicht 2 sowie einer Panzerung 3 versehen. Die größte Dicke der Zwischenschicht ist mit B bezeichnet, die Dicke der Panzerung mit A. Bei den Ausführungen nach den beiden Beispielen betrug der Durchmesser D 130 mm, die Dicke A 1,1 bL 1,2 mm, die Dicke 5 3 mm.

Claims

Patentansprüche:

I. Ventilanordnung einer Kolbenbrennkraft- 4" maschine mit einem Tellerventil und einem Ventilsitzring, die miteinander zusammenwirkende Sitzflächen aufweisen, von denen mindestens eine irr¹ einer Panzerung aus einer Schicht eines metallischen Materiuls versehen ist, dessen Hitzebeständigkeit und Härte wesentlich größer ist als die des metallischen Grundmaterials der Sitzfläche, und eine weitere Schicht aus einem anderen harten metallischen Material vorhanden ist, dessen Härte kleiner als die der Panzerung ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Panzerung aus einem Material mit einer Härte von über 70Ü kp/ mm^a HV besteht und daß die weitere Schicht zwischen der Panzerung und dem Grundmaterial der Sitzfläche angebracht ist und ihre Härte im Bereich von 400 bis 600 kp/mm- HV liegt und größer als die des Grundmaterials ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Panzerung (3) eine korrosionsbeständige Oberfläche aufweist, welche sich gegenüber agfussiven Stoffen, denen es im Betrieb ausgesetzt ist, ine~t verhält.
3. Anordnung nach Ansprucn 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Panzerung ein hochlegiertes Metall auf Nichteisenbasis ist.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Panzerung eine Legierung auf Nickelbasis ist.
5. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Panzerung eine Legierung auf Kobaltbasis ist.
6. Anordnung nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Panzerung eine Legierung auf Wolframbasis ist.
7. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Zwischenschicht eine Hartauftragslegierung mit einem Gehalt von über 20^a/₀ an Karbiden von Metallen ist.
8. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundmaterial ein austenitischer Stahl ist.
9. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundmaterial ein ferritischer Stahl ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen