DE19804053A1 - Leichtbauventil - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Leichtbauventil insbesondere für
einen Verbrennungsmotor mit einem Schaft, einem Ventilkegel
und einem Ventilteller, wobei Ventilkegel und Ventilteller
gemeinsam einen Hohlraum bilden und die Wandstärken von
Ventilteller und Ventilkegel relativ zum Schaftdurchmesser
ein Verhältnis von kleiner 1 : 3 aufweisen.
Derartige Ventile sind z. B. aus der DE-OS 19 60 331, der
EP-OS 091 097, der US 2,731,708 oder der US 1,294,416 be
kannt.
Bei der Entwicklung moderner Motoren wird verstärkt auch an
eine elektromagnetische, pneumatische oder hydraulische An
steuerung des Ventiltriebs gedacht. Die für derartige Ven
tiltriebe aufzubringende Antriebsleistung wächst exponen
tiell mit dem Gewicht der oszillierenden Massen, d. h. der
Ventile. Daraus ergibt sich die Forderung, Leichtbauventile
bezüglich des Gewichts weiter zu optimieren, d. h. insbe
sondere die Wandstärken weiter zu minimieren.
Bei den meisten bekannten Leichtbauventilen wird durch das
Bestreben, im Innern des Ventils einen möglichst großen
Hohlraum zu schaffen, eine relativ große, nicht unterstütz
te Bodenfläche zum Brennraum hin gebildet, die im Betrieb -
insbesondere bei minimierten Wandstärken - durch den Ver
brennungsdruck deformiert wird. Die durch diese Verformun
gen entstehenden Verschiebungen an der Umfangsfläche des
Ventilsitzes tragen zu einem vorzeitigen Verschleiß des
Sitzes und zur zusätzlichen Beanspruchung des Ventils bei.
Außerdem bewirken diese Verformungen eine zusätzliche Bean
spruchung im Bereich der Fügestelle zwischen Ventilteller
und Ventilkegel mit der Gefahr eines Aufplatzens der Ver
bindung.
Eine Abstützung des Ventiltellers ist an sich aus der US
2,439,240 bekannt. Die dort dargestellte Lösung ist jedoch
bedingt durch die Ausbildung der Abstützung herstellungs
technisch aufwendig.
Ein weiterer Lösungsansatz ist aus der US 2,371,584 be
kannt. Dort wird der Ventilteller mittig abgestützt, wobei
die von der Abstützung aufgenommenen Kräfte über ein inner
halb des Schafts angeordnetes Rohrstück in das Schaftende
eingeleitet werden. Diese Anordnung ist aufwendig und er
zielt nur teilweise den erwünschten Effekt einer minimalen
Verformung des Ventilkopfes unter Last. Insbesondere ergibt
sich aufgrund des Kraftflusses über den Schaft für diesen
Lösungsansatz bei gleichen geometrischen Verhältnissen so
gar eine Verschlechterung der Verformungswerte verglichen
mit z. B. dem aus der EP-OS 091 097 bekannten Ventil.
Die Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, bei
einem Leichtbauventil auf einfache Art und Weise die Stei
figkeit des Ventilkopfes zu erhöhen.
Dieses Problem wird bei gattungsgemäßen Ventilen gelöst
durch eine Ausbildung mit den kennzeichnenden Merkmalen der
Ansprüche 1, 8 bzw. 9. Vorteilhafte Weiterbildungen sind
Gegenstand der Unteransprüche.
Mit erfindungsgemäßen Ventilen lassen sich Verformungswerte
realisieren, die im Bereich der Werte von Ventilen mit ei
nem Ventilkopf aus Vollmaterial liegen.
Dabei stellt die Ausführung nach Anspruch 1 eine weitgehen
de Abkehr von der bisher üblichen Bauform für Leichtbauven
tile dar, da der Ventilkegel nicht mehr einstückig mit dem
Ventilschaft ist, sondern als Einzelteil hergestellt wird
und der Ventilschaft sich - ggfs. mit einem Zwischenstück
oder mit vergrößertem Durchmesser - zum Ventilteller hin
fortsetzt.
Bei der Ausführung nach Anspruch 8 oder 9 wird die konven
tionelle Bauform beibehalten und es wird der Ventilteller
durch eine zusätzliche oder eine angeformte Hülse oder ein
etwa zylindrisches Stück Vollmaterial gegen den Schaft ab
gestützt.
Bei beiden Ausführungen ist der Schaft vorzugsweise als ge
zogenes oder geschweißtes Rohr ausgeführt oder besteht aus
Vollmaterial.
Die Fixierung des Ventilkegels am Schaft erfolgt vorzugs
weise durch Löten oder Schweißen.
Unter "radial innen" ist zu verstehen: entfernt vom Außen
durchmesser des Ventiltellers.
Durch das erfindungsgemäße Ventil wird ein Leichtbauventil
geschaffen, das auch noch bei sehr dünnen Wandstärken und
entsprechend geringem Gewicht eine hohe Steifigkeit auf
weist.
Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, die auf den
Ventilteller wirkenden Gaskräfte durch Abstützung des Ven
tiltellers gegen den Schaft oder eine Verlängerung des
Schafts aufzunehmen. Durch die Abstützung des Ventiltellers
gegen den Ventilschaft - entweder durch Verlängerung des
Schafts bis zum Ventilteller oder durch ein Zwischenstück
zwischen Schaft und Ventilteller - entsteht in Verbindung
mit dem Ventilkegel ein biegesteifes Rotationsflächentrag
werk mit etwa dreieckförmigem Querschnitt.
Zwar ist aus der US 4,834,036 ein Leichtbauventil bekannt,
bei dem der Schaft bis in den Bereich des Ventiltellers
durchgeht, bei dem Ventilkopf handelt es sich jedoch um ein
leichtes, gegossenes oder geschmiedetes Vollmaterial auf
Titanbasis wie Titanaluminid, so daß dieses Ventil gattungs
gemäß nicht zu den erfindungsgemäßen Hohlventilen gehört.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbei
spielen näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Ventil im
Querschnitt
Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel,
Ventilteller und Kegel zweistückig
Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel mit einer
Zentrierung für den Schaftfuß
Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel mit einer am
Ventilteller angeformten Abstützung
Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel, bei dem die
Abstützung des Ventiltellers einstückig
mit dem Ventilkegel ist
Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel mit einstückigem
Ventilschaft und Ventilkegel, Ventilteller ist
mit einer Hülse gegen den Schaft abgestützt
Fig. 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel, Schaft,
Ventilkegel und Ventilteller sind einstückig.
Ein Ventil 1 für einen Verbrennungsmotor besteht aus einem
Schaft 2, einem nicht dargestellten Ventilfuß, einem trich
terförmigen Ventilkegel 3 und einem einstückig mit dem Ven
tilkegel hergestellten Ventilteller 4. Der Durchmesser des
Schafts ist auf Höhe des Ventilkegels 3 erweitert. An sei
nem unteren Ende ist der Schaft 2 mit dem Ventilteller 4
verschweißt. Der Ventilkegel 3 ist an seinem oberen Ende
mit dem Schaft 2 verschweißt. Der Ventilkegel 3, der Ven
tilteller 4 und das beide verbindende untere, erweiterte
Schaftende bilden gemeinsam ein biegesteifes Rotationsflä
chentragwerk.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführung sind Ventiltel
ler 4 und Ventilkegel 3 nicht einstückig, sondern durch ei
ne Schweißnaht miteinander verbunden. Der Schaft besteht
aus Vollmaterial. Dabei kann der Schaft unterhalb der
Schweißnaht auch einen kleineren Durchmesser aufweisen als
im Bereich oberhalb der Schweißnaht.
In Fig. 3 sind Ventilteller 4 und Ventilkegel 3 einstückig
und im Ventilteller 4 ist eine Zentrierung für das Ende des
Schafts 2 vorgesehen. Eine Schweißverbindung ist nur zwi
schen dem oberen Ende des Ventilkegels 3 und dem Schaft
vorgesehen.
In Fig. 4 ist ein Ventilteller (4) mit einer angeformten
Abstützung gemäß Anspruch 6 dargestellt.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 sind Ventilkegel
und Abstützung einstückig. Der Schaft ist im oberen Bereich
des Ventilkegels angeschweißt.
In Fig. 6 ist eine Ausführung gemäß Anspruch 8 dargestellt.
Ventilkegel (3) und Schaft (2) sind einstückig, zwischen
Ventilteller (4) und Schaftende ist eine Hülse (5) fixiert.
In Fig. 7 ist eine Ausführung gemäß Anspruch 9 dargestellt.
Schaft 2, Ventilkegel 3 und die Abstützung des Ventiltel
lers sind einstückig hergestellt, z. B. durch Metall Injec
tion Moulding oder durch Drehen.
Claims (9)
1. Leichtbauventil, insbesondere für einen Verbrennungsmo
tor, mit einem Schaft, einem Ventilkegel und einem Ven
tilteller, wobei Ventilkegel und Ventilteller gemeinsam
einen Hohlraum bilden und die Wandstärken von Ventil
teller und Ventilkegel relativ zum Schaftdurchmesser
ein Verhältnis von kleiner 1 : 3 aufweisen,
gekennzeichnet durch die Merkmale,
- a) der Ventilteller (4) ist in einem radial innen liegenden Bereich gegen den Schaft (2) abge stützt,
- b) Ventilkegel (3) und Ventilschaft (2) bestehen aus zwei verschiedenen, miteinander verbunde nen Bauteilen, sind also nicht einstückig,
- c) der Ventilkegel (3) ist an seinem oberen Ende am Schaft (2) fixiert.
2. Leichtbauventil nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Schaft (2) am Ventilteller (4) fixiert ist.
3. Leichtbauventil nach Anspruch 1 oder 2
dadurch gekennzeichnet,
daß der Schaft (2) auf Höhe des Ventilkegels (3) einen
größeren Durchmesser aufweist, als in einem oberhalb
des Ventilkegels (3) liegendem Bereich.
4. Leichtbauventil nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Übergang zum größeren Schaftdurchmesser kegel
förmig so geformt ist, daß sich im verschweißtem Zu
stand ein bündiger Abschluß mit dem Ventilkegel (3) er
gibt.
5. Leichtbauventil nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Abstützung des Ventiltellers (4) gegen den
Schaft (2) über ein Zwischenstück oder ein mit dem Ven
tilkegel einstückiges Rohrstück (6) erfolgt.
6. Leichtbauventil nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß am Ventilteller (4) einstückig mit diesem eine Ab
stützung angeformt ist, mit der sich der Ventilteller
(4) gegen den Ventilschaft (2) abstützt.
7. Leichtbauventil nach einem der vorhergehenden Ansprü
che,
dadurch gekennzeichnet,
daß Ventilkegel (3) und Ventilteller (4) einstückig
sind.
8. Leichtbauventil für einen Verbrennungsmotor bestehend
aus einem Schaft (2), einem mit dem Schaft einstückigen
Ventilkegel (3) und einem Ventilteller (4), wobei Ven
tilkegel (3) und Ventilteller (4) gemeinsam einen Hohl
raum bilden und die Wandstärken von Ventilteller (4)
und Ventilkegel (3) relativ zum Schaftdurchmesser ein
Verhältnis von kleiner 1 : 3 aufweisen,
dadurch gekennzeichnet,
daß etwa in Verlängerung des Schafts (2) eine rohrförmi
ge, etwa den Durchmesser des Schafts (2) aufweisende
Hülse (5) oder ein etwa zylindrisches Stück Vollmateri
al zur Abstützung des Ventiltellers (4) zwischen Ven
tilteller (4) und unterem Schaftende fixiert ist.
9. Leichtbauventil für einen Verbrennungsmotor bestehend
aus einem Schaft (2), einem mit dem Schaft einstückigen
Ventilkegel (3) und einem Ventilteller (4), wobei Ven
tilkegel (3) und Ventilteller (4) gemeinsam einen Hohl
raum bilden und die Wandstärken von Ventilteller (4)
und Ventilkegel (3) relativ zum Schaftdurchmesser ein
Verhältnis von kleiner 1 : 3 aufweisen,
dadurch gekennzeichnet,
daß etwa in Verlängerung des Schafts eine mit dem Ven
tilkegel (3) und dem Schaft (2) einstückige, ringförmi
ge Abstützung für den Ventilteller (4) angeformt ist.
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Owner name: MAHLE VENTILTRIEB GMBH, 70376 STUTTGART, DE |
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