DE19911618A1

DE19911618A1 - Procedure for making gas exchange valves, seat rings or cylinder heads with increased abrasion resistance of seating face for IC engines

Info

Publication number: DE19911618A1
Application number: DE19911618A
Authority: DE
Inventors: Heiko Nitzsche; Uwe Gieland; Joerg Haase
Original assignee: Maerkisches Werk GmbH
Current assignee: Maerkisches Werk GmbH
Priority date: 1998-03-16
Filing date: 1999-03-16
Publication date: 1999-09-23

Abstract

A procedure for making gas exchange valves, seat rings or cylinder heads with increased abrasion resistance of the seating face for IC engines has a hardened armored element applied in annular fashion to the seating face and then processed. An armored element or part-pieces is/are prefabricated from the material to be applied to the seating face and joined to the base material by liquid solder. A solder on a nickel, copper or noble metal base with reinforcing components is used for the joint with the base material. The armored element to be applied is prefabricated in a shape near to the final contour

Description

Die Erfindung Verfahren zur Herstellung von Gaswechselventilen, Sitzringen oder Zylinderköpfen mit erhöhter Verschleißfestigkeit der Sitzfläche für Verbrennungs motoren, bei dem ein härteres Panzerelement ringförmig auf die Sitzfläche aufgebracht und dann ggf. nachbearbeitet wird. Die Erfindung betrifft außerdem einen Verbren nungsmotor mit Zylinderkopf, zugeordnetem Ventilteil mit Sitzring und einem Gas wechselventil, deren Sitzflächen über ein Panzerelement verfügen.The invention process for the production of gas exchange valves, seat rings or cylinder heads with increased wear resistance of the seat for combustion motors in which a harder armor element is applied to the seat in a ring and then post-processed if necessary. The invention also relates to burning motor with cylinder head, assigned valve part with seat ring and a gas shuttle valve, the seats of which have an armored element.

Gaswechselventile werden in Verbrennungsmotoren zur Regulierung eingesetzt. Dabei dichtet das Gaswechselventil im geschlossenen Zustand mit seiner Sitzfläche den Brennraum dadurch ab, daß diese dicht auf einer entsprechenden Sitzfläche des dem Zylinderkopf zugeordneten Ventilteils sitzt. Diese Sitzfläche bzw. die Sitzflächen unter liegen aufgrund der entsprechenden Verhältnisse im Brennraum einer erhöhten ther mischen und auch mechanischen Beanspruchung. Infolge dieser starken mechanischen Beanspruchung und Wärmebelastung verlangen die Sitzflächen die Verwendung von Sonderwerkstoffen, die verschleißfest, schlagfest und in hohem Grade hitzebeständig sein sollen. Insbesondere gilt diese Forderung für Auslaßventile, deren Sitzflächen infolge der abströmenden heißen Verbrennungsgase leicht zu Verbrennungen und An sätzen neigen. Die zum Einsatz kommenden Ventilsitzringe müssen darüber hinaus Gewähr für absolute Sicherheit gegen Lockerwerden bieten, so daß als Werkstoffe beispielsweise hochprozentige Chrom-Wolfram-Stähle, Chrom-Silizium-Schleuderguß eisen u.Ä. Sondergußarten dienen. Diese Werkstoffe werden ringförmig auf den Ven tilsitz aufgeschweißt und dann bearbeitet. Durch die großen Temperaturunterschiede innerhalb des Bauteils beim Schweißen sowie den unterschiedlichen Ausdehnungskoeffi zienten der beiden zu verschweißenden Werkstoffe bleiben unerwünschte Eigenspannun gen nach dem Abkühlen der Bauteile. Nachteilig ist darüber hinaus, daß nur schweiß bare Materialien miteinander kombiniert werden können. Vielfach müssen mehrere Lagen geschweißt werden, da bei zu großer Abschmelzleistung das Schmelzbad seitlich abfließt. Der Panzerwerkstoff kann nur durch entsprechend hohe Temperaturen aufge schweißt werden, wobei durch das Aufschmelzen des Grundwerkstoffes Aufmischungen der Materialien, die deren gewünschte Eigenschaften nachteilig beeinflussen, nicht zu vermeiden ja sogar vorgeschrieben sind. Die DE-OS 35 17 077 zeigt entsprechende Zylinderköpfe mit Sitzringe für Brennkraftmaschinen, wobei dort als besonders nachtei lig erkannt worden ist, daß ein besonders hoher Materialeinsatz erforderlich ist, weil nur ein Teil des aufgetragenen Materials als Fertigkontur benötigt wird bzw. benötigt werden kann.Gas exchange valves are used in internal combustion engines for regulation. The gas exchange valve seals the seat with its seat Combustion chamber characterized in that it sits tightly on a corresponding seat of the Valve part assigned to the cylinder head sits. This seat or the seats under are due to the corresponding conditions in the combustion chamber of an increased ther mix and also mechanical stress. As a result of this strong mechanical The seats require the use of Special materials that are wear-resistant, impact-resistant and highly heat-resistant should be. This requirement applies in particular to exhaust valves and their seat surfaces due to the outflowing hot combustion gases easily to burns and on sentences tend. The valve seat rings used must also be used Guarantee for absolute security against loosening, so that as materials For example, high-percentage chrome-tungsten steels, chrome-silicon centrifugal casting iron and the like Special types of castings are used. These materials are ring-shaped on the Ven welded to the seat and then machined. Due to the large temperature differences within the component during welding as well as the different expansion coefficients of the two materials to be welded remain undesirable residual stress after the components have cooled. Another disadvantage is that only sweat bare materials can be combined. In many cases, several Layers are welded, because if the melting rate is too high, the weld pool is on the side drains away. The armor material can only be opened by high temperatures are welded, whereby by melting the base material mixes materials that adversely affect their desired properties avoid even are prescribed. DE-OS 35 17 077 shows corresponding Cylinder heads with seat rings for internal combustion engines, where there is a particular disadvantage lig has been recognized that a particularly high use of materials is required because only a part of the applied material is required as a finished contour can be.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine ent sprechende Brennkraftmaschine zu schaffen, welche eine endkonturnahe Herstellung der Sitzflächen gewährleistet, Inhomogenitäten vermeidet und durch seine Flexibilität im Wärmebehandlungsprozeß der Fertigteilherstellung integrierbar ist.The invention is therefore based on the object, a method and an ent to create speaking internal combustion engine, which a near-net-shape production of Seating guaranteed, inhomogeneities avoided and due to its flexibility in Heat treatment process of prefabricated parts can be integrated.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß aus dem auf die Sitz fläche aufzubringenden Werkstoff ein Panzerelement oder Teilstücke vorgefertigt und durch flüssiges Lot mit dem Grundwerkstoff verbunden werden.The object is achieved in that from the seat prefabricated surface material a armored element or sections and be connected to the base material by liquid solder.

Durch das flüssig gemachte Lot werden die beiden benachbarten metallischen Werkstoffe wirksam und bleibend miteinander verbunden. Da das Lot niedrigere Schmelztemperaturen als die zuverbindenden Grundwerkstoffe aufweist, bleiben diese unverändert und damit auch ihre Eigenschaften. Es kommt nicht zu einem Aufschmel zen der umgebenden Werkstoffteile, d. h. sowohl bei Aufbringen eines entsprechenden Panzerelementes auf den eigentlichen Ventilkörper wie auch auf das dem Zylinderkopf zugeordnete Ventilteil bleibt der Grundwerkstoff unverändert und damit weisen diese Teile nach dem Abkühlen unverändert die gleichen Werte auf, wie vor der Verbindung über das Lot. Auf diese Weise kann insbesondere hochtemperaturfestes Material, d. h. vor allem Stahl zu einem Sitzring vorgefertigt und dann auf das jeweils zu schützende Teil aufgelötet werden. Neben der Vermeidung von Eigenspannungen kann mit Hilfe des beschriebenen Verfahrens auch eine annähernd nachbearbeitungsfreie Technik ver wendet werden, wobei vorteilhafterweise keine Materialaufmischungen erfolgen, so daß die entsprechenden Werte auch garantiert eingehalten werden, die für den jeweiligen Einsatzfall optimal sind. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es dabei mög lich, die entsprechenden Materialien dem jeweiligen Einsatzfall entsprechend zu wäh len.Due to the liquid made solder, the two neighboring metallic ones Materials effectively and permanently bonded together. Because the solder is lower Melting temperatures than the base materials to be joined, they remain unchanged and with it their properties. There is no melting zen of the surrounding material parts, d. H. both when applying an appropriate Armor element on the actual valve body as well as on the cylinder head assigned valve part, the base material remains unchanged and thus they point After cooling, divide the same values unchanged as before the connection about the solder. In this way, in particular high temperature resistant material, i. H. especially steel prefabricated into a seat ring and then onto the one to be protected Part to be soldered. In addition to avoiding residual stresses, you can use the described method also an almost post-processing technique ver be used, advantageously no material mixing, so that the corresponding values are also guaranteed to be observed for each Are optimal. With the aid of the method according to the invention, it is possible Lich to choose the appropriate materials for the respective application len.

Darüber hinaus kann der Prozeß insgesamt verkürzt werden, weil durch In tegration des Lötens in den Wärmebehandlungsprozeß Zeit eingespart wird. Bei Ver wendung bestimmter Grundwerkstoffe kann das traditionell erforderliche zweite An lassen nach dem Schweißen entfallen und man stellt die geforderte Endfestigkeit beim ersten Anlassen nach dem Härten ein. Damit ergibt sich neben dem Integrationseffekt auch eine Verkürzung des Wärmebehandlungsprozesses selbst.In addition, the process as a whole can be shortened because In tegration of the soldering in the heat treatment process time is saved. With Ver The use of certain basic materials can be the traditionally required second application can be omitted after welding and the required final strength is provided first tempering after hardening. This results in addition to the integration effect also a shortening of the heat treatment process itself.

Neben den beim Schweißen zur Anwendung kommenden metallischen Panzer elementen erweitert sich beim Löten die Panzerelementpalette im Bereich der Metall legierungen. Dementsprechend ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß ein Lot auf Nickel-, Kupfer- oder Edelmetallbasis mit Verstärkungskomponenten zur Verbindung mit dem Grundwerkstoff Verwendung findet. Damit lassen sich für die Sitzflächen oben genannter Bauteile neue tribologische und andere Eigenschaften erzielen. Neben den positiven technischen und technologischen Auswirkungen lassen sich durch geringere Herstellungskosten auch wirtschaftlich deutliche Vorteile erzielen.In addition to the metallic tanks used in welding elements the range of armored elements in the area of metal expands when soldering alloys. Accordingly, it is provided according to the invention that a solder Nickel, copper or precious metal base with reinforcement components for connection is used with the base material. This can be used for the seats above achieve new tribological and other properties. In addition to the positive technical and technological effects can be reduced Manufacturing costs also achieve significant economic benefits.

Nach einer zweckmäßigen Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß das aufzubringende Panzerelement in einer endkonturnahen Form vorgefertigt wird. Hierbei wird zunächst einmal ein Ring oder Teilstück desselben entsprechend vorgegossen oder sonstwie vorbereitet, um dann über das Lot mit dem jeweiligen Ventilbereich bzw. der Sitzfläche verbunden zu werden. Der große Vorteil dabei ist, daß das jeweils optimale Material, d. h. ein Panzerelement in der dem jeweiligen Einsatzfall optimal angepaßten Form und Zusammensetzung zur Verfügung gestellt wird, um dann entweder als ein teiliger oder als mehrteiliger Ring verarbeitet zu werden. Je nach Größe des zu be arbeitenden Gaswechselventils oder des sonstigen Bauteils kann es dabei von Vorteil sein, wenn ein einteiliger Ring hergestellt und dann entsprechend verarbeitet wird. Ein immer gleicher und optimaler Sitz der Panzerung ist gewährleistet.After an expedient training of the invention it is provided that the armor element to be applied is prefabricated in a near-net shape. Here a ring or part of the same is pre-cast accordingly or otherwise prepared in order to then solder the respective valve area or the Seat to be connected. The big advantage is that it is optimal Material, d. H. a tank element in the optimally adapted to the respective application Form and composition is made available to either as one to be processed in part or as a multi-part ring. Depending on the size of the be working gas exchange valve or other component, it can be an advantage be if a one-piece ring is manufactured and then processed accordingly. A The armor always has the same and optimal fit.

Durch die Herstellungsmöglichkeiten des Panzerelementes z. B. durch Gießen oder Sintern lassen sich Werkstoffe mit annähernd homogenen Eigenschaften erzielen. Due to the manufacturing options of the armored element z. B. by pouring or sintering, materials with almost homogeneous properties can be achieved.

Diese können besonders gut verarbeitet werden, wenn das Panzerelement durch Vaku um-, Schutzgas- oder atmosphärische Lötverfahren mit oder ohne Flußmittel mit dem Grundwerkstoff verbunden wird. Solche Panzerungen weisen ein gleichmäßiges Trag verhalten der Sitzflächen auf.These can be processed particularly well if the armor element is vacuumed um-, inert gas or atmospheric soldering processes with or without flux with the Base material is connected. Such armor has an even support behavior of the seats.

Aufgrund der annähernd gleichbleibenden Materialeigenschaften, z. B. der Wär meausdehnungskoeffizienten im Panzerelement und die Rekristallisationstemperatur des Lotes, lassen sich die Eigenspannungsverhältnisse definiert einstellen. Dabei wird der Lötvorgang zweckmäßigerweise in die Wärmebehandlung des Gaswechselventils inte griert, vorzugsweise werden zur Einstellung definierter Eigenspannungsverhältnisse im Lötprozeß die Lötpartner durch induktive - oder ähnliche - Wärmebehandlung unter schiedlich bzw. gezielt erwärmt werden. Dadurch können die Spannungen weitestge henst in als unerheblich zu bezeichnende Größenordnungen minimiert werden.Due to the almost constant material properties, e.g. B. the heat expansion coefficient in the armored element and the recrystallization temperature of the Lotes, the internal stress ratios can be defined. The Soldering expediently inte in the heat treatment of the gas exchange valve griert, preferably for setting defined internal stress ratios in Soldering process using inductive - or similar - heat treatment be heated differently or specifically. This allows the tensions to be maximized hen be minimized in orders of magnitude to be described as insignificant.

Als Panzerelement eignen sich grundsätzlich solche, die den Verschleiß gezielt im Bereich der Sitzfläche minimieren. Eingesetzt worden sind bisher wegen des Auf bringungsverfahrens ausschließlich schweißbare Werkstoffe. Mit Hilfe des erfindungs gemäßen Verfahrens ist es aber auch möglich, den Sitzring oder Teilstücke aus einem nicht schweißbaren Werkstoff (vorzugsweise Keramik) vorzufertigen und dann auf den Ventilkörper oder das sonstige Bauteil aufzulöten. Dieses Verfahren bringt somit erst malig für den Herstellungsprozeß derartiger Ventile bzw. Bauteile die Möglichkeit unter den zur Verfügung stehenden Panzermaterialien jeweils den einzusetzen, der von seinen Verschleißeigenschaften her optimal geeignet ist, ohne daß auf seine Zusam mensetzung besonders geachtet werden muß. Vielmehr bringt das Auflöten eine Ver bindung mit sich, die schon aufgrund ihrer geringeren Temperatur das aufzubringenden Panzerelement vorteilhaft schützt und dabei nicht nur das Panzerelement, sondern wie weiter oben erwähnt eben auch den Grund- oder Ventilwerkstoff.Basically, those that target wear are suitable as armor elements minimize in the area of the seat. So far have been used because of the Auf application process only weldable materials. With the help of the invention According to the method, it is also possible to make the seat ring or parts from one prefabricate non-weldable material (preferably ceramic) and then on the Solder the valve body or the other component. This procedure is therefore the first the possibility for the manufacturing process of such valves or components among the available armor materials to be used by those of its wear properties are optimally suitable without having to rely on its co special care must be taken. Rather, soldering brings a ver bond with themselves, the ones that have to be applied due to their lower temperature Armor element advantageously protects and not only the armor element, but how just mentioned above also the base or valve material.

In Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß der Sitzring oder die Teilstücke des Sitzringes mit korrespondierenden Eigenschaften zusätzlich oder nur auf die Ventilsitzfläche des Zylinderkopfes aufgelötet werden. Mög lich ist es dabei natürlich auch, bei entsprechender Ausbildung des Sitzringes oder der Teilstücke diese auch nur auf den Ventilkörper aufzulöten, und zwar dann, wenn wie erwähnt, solche Eigenschaften vorhanden sind, daß auf eine entsprechende Behandlung des anderen anliegenden Bauteils verzichtet werden kann. Damit wird der Herstellungs aufwand weiter minimiert und gleichzeitig kann damit der Verschleiß dorthin gelegt werden bzw. einem solchen Bauteil zugeordnet werden, das am leichtesten auszuwech seln ist. Dabei versteht es sich, daß durch den Einsatz des Sitzringes auch die Repara turmöglichkeit verbessert wird, weil nur dieser Sitzring entfernt werden kann, indem das Lot, das beide Bauteile verbindet, aufgeweicht oder flüssig gemacht wird. Dabei ist es dann auch möglich, den neuen Sitzring oder einen aufgearbeiteten Sitzring an die vorgesehene Stelle ggf. sogar unter nochmaliger Verwendung des Lotes zu bringen.A further development of the method according to the invention provides that the seat ring or the parts of the seat ring with corresponding properties additionally or only to be soldered onto the valve seat surface of the cylinder head. Poss Lich, it is of course also, with appropriate training of the seat ring or Parts of these only to be soldered onto the valve body, if and when mentions such properties exist that on appropriate treatment of the other adjacent component can be dispensed with. So that the manufacturing effort further minimized and at the same time wear can be put there will be assigned to a component that is easiest to replace selen is. It goes without saying that through the use of the seat ring also the repara is improved because only this seat ring can be removed by the solder that connects both components is softened or made fluid. It is it is then also possible to attach the new seat ring or a refurbished seat ring to the to bring the intended location even if the solder is used again.

Schließlich ist es erstmals möglich, einen Lotwerkstoff zu verwenden der gleich zeitig auch das Panzermaterial darstellt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die entsprechende Sitzfläche aus dem ein Panzermaterial bildenden Lot gebildet wird.Finally, it is possible for the first time to use a solder material that is the same shows the armor material in time. According to the invention it is provided that the appropriate seat is formed from the solder forming an armor material.

Ein für den Einsatz in Verbrennungsmotoren optimal geeignetes Panzerelement ist besonders günstig zu verarbeiten, wenn zwischen Panzerelement und die Sitzfläche aufweisendem Grundkörper ein angepaßtes Lot angeordnet und daß das Panzerelement nach dem Lötvorgang angepaßt ist. Das Panzerelement kann bei diesem Gaswechsel ventil oder entsprechendem Bauteil ohne Veränderung der Eigenschaften mit der jewei ligen Sitzfläche wirksam verbunden werden, wobei auch das eigentliche Bauteil durch den Lotvorgang unbeeinflußt bleibt, so daß ein Bauteil zur Verfügung steht, das prak tisch keine Eigenspannungen zumindest aber keine nachteiligen Eigenspannungen auf weist. Das Panzerelement kann genau und gezielt dort angeordnet werden, wo es für den späteren Einsatz gebraucht wird und wo es späteren Einsatz gebraucht wird und wo es andererseits auch mit dem jeweiligen Grundkörper bzw. Untergrund günstig zu ver binden ist. Das Lot verbindet das Panzerelement mit dem Grundkörper so fest, daß es auch durch die mechanischen Beanspruchungen beispielsweise eines Gaswechselventils nicht aus seiner Verbindung gelöst werden kann. Hohe Standzeiten sind gewährleistet.An armor element that is optimally suited for use in internal combustion engines is particularly cheap to process if between the armored element and the seat having a base arranged an adapted solder and that the armored element is adjusted after the soldering process. The armored element can change this gas valve or corresponding component without changing the properties with the respective lige seat are effectively connected, with the actual component by the soldering process remains unaffected, so that a component is available that prak table no residual stresses at least but no adverse residual stresses points. The armored element can be arranged precisely and precisely where it is for the later use is needed and where it will be used later and where it, on the other hand, is also inexpensive to ver with the respective base body or substrate tie is. The solder connects the armor element to the base body so firmly that it also due to the mechanical stresses of a gas exchange valve, for example cannot be released from its connection. Long service life is guaranteed.

Neben dem beim Schweißen zur Anwendung kommenden metallischen Panzer materialien erweitert sich beim Löten die Werkstoffpalette insoweit, als daß das Pan zerelement aus einer Nickel-, Kobaltbasislegierung, Verbundwerkstoff oder auch einer technischen Keramik besteht. Damit lassen sich für die Sitzflächen oben genannter Bauteile neue vorteilhafte Eigenschaften erzielen. Neben den positiven technischen und technologischen Auswirkungen lassen sich durch geringere Herstellungskosten, z. B. der technischen Keramik gegenüber Stelliten, auch wirtschaftliche Vorteile nutzen. Aufgrund der annähernd gleichbleibenden Materialeigenschaften, z. B. der Wärmeaus dehnungskoeffizient im Panzerelement und die Rekristallisationstemperatur des Lotes lassen sich die Eigenspannungsverhältnisse definiert einstellen. Parzielle induktive oder andere Erwärmungen im Lötprozeß können so bei Lötpartnern mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten spannungsmindernd eingesetzt werden. Dabei weisen Bauteile ohne erhebliche oder mit definiert eingebrachten Eigenspannungen eine höhere Temperaturwechselbeständigkeit auf. Bei Auswahl geeigneter Lote bzw. der Verwen dung einer oder mehrerer duktiler Zwischenschichten ist die Möglichkeit der beabsich tigten Relativbewegungen zwischen dem Grund- und Panzermaterial gegeben. Damit erreicht man einen nur begrenzten, im Voraus berechenbaren, Aufbau von Eigenspan nungen. Diese Variante eignet sich besonders bei Grund- und Panzerwerkstoffen, die sich in ihren Wärmeausdehnungskoeffizienten erheblich unterscheiden.In addition to the metallic armor used in welding materials, the range of materials expands to the extent that the pan Zero element made of a nickel, cobalt-based alloy, composite material or one technical ceramics. This means that the above can be used for the seats Components achieve new advantageous properties. In addition to the positive technical and technological effects can be achieved through lower manufacturing costs, e.g. B. technical ceramics over stellites, also use economic advantages. Due to the almost constant material properties, e.g. B. the heat expansion coefficient in the armor element and the recrystallization temperature of the solder the residual stress ratios can be set in a defined manner. Partial inductive or other heating in the soldering process can be so with soldering partners with different Thermal expansion coefficients are used to reduce stress. Show Components without significant or with defined internal stresses a higher one Resistance to temperature changes. When selecting suitable solders or the use Forming one or more ductile interlayers is the possibility of doing so given relative movements between the base and armor material. In order to you can only achieve a limited, predictable build-up of your own chip mentions. This variant is particularly suitable for base and armor materials differ significantly in their thermal expansion coefficients.

Eine besonders günstige Ausbildung von entsprechenden Verbindungen läßt sich erreichen, wenn das Panzerelement als endkonturnaher Sitzring ausgebildet und mit dem Grundkörper über das Lot verbunden ist. Das Panzerelement wird zu einem Ring geformt, der dem jeweiligen Einsatzzweck soweit wie möglich angepaßt ist, so daß nach dem Auflöten ein weiterer Bearbeitungsvorgang wesentlich vereinfacht wird oder ganz überflüssig werden kann. Aufgrund der endkonturnähen Ausbildung des Sitzringes erübrigen sich zumindest aufwendigere Anpassungsarbeiten.A particularly favorable design of corresponding connections can be achieve when the armored element is designed as a near-net shape seat ring and with the base body is connected via the solder. The armor element becomes a ring shaped, which is adapted as far as possible to the respective application, so that after soldering a further processing operation is significantly simplified or can become completely superfluous. Due to the design of the seat ring, which is close to the final contour there is at least no need for more complex adaptation work.

Werden wie an sich üblich bei den die Sitzflächen bildenden Bauteilen Panzer werkstoffe zugeordnet, ist es von Vorteil, wenn der Sitzring für den Ventilkörper und der Sitzring für das feststehende Ventilteil vorgefertigt aufeinander abgestimmt ausge bildet sind. Die einzelnen Sitzringe werden somit bereits bei der Herstellung so weit individualisiert, daß sie für den jeweiligen Einsatzfall leicht erkennbar und auch op tisch geeignet sind. Die aneinanderliegenden Sitzflächen können dabei so ausgebildet bzw. so vorbereitet werden, daß beim anschließenden Auflöten der Panzerwerkstoffe eine weitere Vorbehandlung nicht notwendig ist. Hier könnte beispielsweise auf die entsprechende Sitzfläche ein Papier o.Ä. aufgegeben werden, das vor dem Lötvorgang einfach abgezogen wird, so daß dann eine saubere Oberfläche für den Lötvorgang zur Verfügung steht. Einfache spanende Verfahren wie z. B. Drehen und die damit erreich bare Oberflächenqualität reicht zur mechanischen Vorbehandlung der Lötpartner in aller Regel aus.As is customary in the case of the components forming the seats, they become tanks assigned materials, it is advantageous if the seat ring for the valve body and the seat ring for the fixed valve part is pre-fabricated and coordinated forms are. The individual seat rings are thus so far already during manufacture individualized so that they are easily recognizable for the respective application and also op are suitable table. The adjacent seating surfaces can be designed in this way or be prepared so that when the armor materials are subsequently soldered on further pretreatment is not necessary. Here, for example, on the appropriate seat a paper or similar be given up before the soldering process is simply pulled off, so that then a clean surface for the soldering process Available. Simple cutting processes such. B. Turn and reach it The surface quality is sufficient for mechanical pretreatment of the soldering partners in all Rule out.

Aufgrund der relativ hohen Kosten für das Panzerelement wird dieses bei be kannten Ventilen zur Matrialeinsparung nur im engen Belastungsbereich eingesetzt. Diese Absicherung insbesondere im Bereich des Ventiltellers kann gemäß der Erfindung dadurch optimiert werden, daß der Sitzring für den Ventilkörper die gesamte Flanke abdeckend ausgebildet ist, so daß auch bei ungünstigen Belastungen immer ein Schutz durch das Panzerelement vorhanden ist. Dies ist einmal durch die einfache Aufbrin gungsmöglichkeit bzw. die Verbindung möglich, aber auch deshalb, weil der Sitzring gemäß der Erfindung so weit dem späteren Einsatzzweck angepaßt hergestellt werden kann, daß praktisch kein Materialverlust bei der Anpassung auftritt.Due to the relatively high cost of the armored element, this will be at be Known valves for material saving are only used in the narrow load range. This protection, in particular in the area of the valve disk, can be carried out according to the invention can be optimized in that the seat ring for the valve body the entire flank is designed so that it always provides protection even under unfavorable loads is present through the armor element. This is due to the simple application possibility or the connection possible, but also because the seat ring according to the invention so far adapted to the intended use can, that practically no material loss occurs during the adaptation.

Um den Kontakt zwischen den miteinander zu verbindenden Flächen beim Sitz ring und beim Grundkörper bzw. beim Grundwerkstoff zu erhöhen sieht die Erfindung vor, daß die einander beim Verbinden gegenüberliegenden Flächen von Sitzring und/oder Grundkörper mit einer metallisch reinen, gezielte Unebenheiten aufweisenden Oberfläche ausgerüstet sind. Sowohl bei der Herstellung des Grundkörpers wie auch des Sitzringes kann die jeweilige Oberfläche gezielt mit Unebenheiten versehen und dann auch gleich so abisoliert werden, daß sie bis zur Verbindung mit dem Lot und dem jeweiligen anderen Bauteil verarbeitungsbereit zur Verfügung steht.To ensure the contact between the surfaces to be connected at the seat ring and to increase the base body or base material sees the invention before that the opposite faces of the seat ring when connecting and / or base body with a metallically pure, targeted unevenness Surface. Both in the manufacture of the base body as well of the seat ring can provide the respective surface with unevenness and then be stripped so that they are connected to the solder and the other component is ready for processing.

Schließlich ist die Möglichkeit gegeben, erstmals ein Material einzusetzen, das zugleich Lot und Panzerwerkstoff darstellt. Hierzu ist vorgesehen, daß das Panzer element aus dem Lotwerkstoff besteht.Finally, it is possible to use a material for the first time that represents solder and armor material at the same time. For this purpose it is provided that the tank element consists of the solder material.

Die Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß nun eine Möglich keit besteht, Gaswechselventile u. ä. Bauteile so auszurüsten und mit verschleißfesten Sitzflächen zu versehen, daß praktisch keine Eigenspannungen mehr vorhanden sind. Außerdem kann durch eine entsprechende Vorfertigung der Sitzringe bzw. der Ringe aus Panzerwerkstoff die Verarbeitung erleichtert und gleichzeitig eine Nachbearbeitung im Wesentlichen vermieden werden. Durch ein spezielles Feingußverfahren werden endkonturnahe Sitzringe zur Verfügung gestellt, die also praktisch nach dem Einsetzen bzw. nach dem Auflöten auf die entsprechenden zu sichernden Flächen gleich funk tionssicher und funktionsbereit sind. Darüber hinaus ist von wesentlichem Vorteil auch, daß nichtschweißbare Materialien nun als Panzerwerkstoff eingesetzt werden können, weil über den Lotprozeß eine Beeinträchtigung dieser Materialien nicht eintritt. Ins besondere ist hierbei an technische Keramik zu denken. Diese Materialien können gut und geschickt mit dem jeweiligen Untergrund durch Loten verbunden werden. Der Herstellungsprozeß wird nicht nur durch die Vorfertigung der Sitzringe vereinfacht und abgesichert, sondern es kann auch auf einzelne Abschnitte vorteilhaft verzichtet werden, da man das Löten mit der Behandlung im Ofen kombinieren kann bzw. diese Schritte so integrieren kann, daß die beiden Arbeitsschritte in einem vollzogen werden. Vorteil haft ist dabei, daß die miteinander durch das Lot zu verbindenden Flächen bei der Herstellung der einzelnen Bauteile so geschützt werden können, daß sie für den Lot prozeß ohne weitere Vorbehandlung zur Verfügung stehen, wobei der Lötvorgang wie schon angedeutet den Vorteil hat, daß es nicht zu Materialaufmischungen kommt, sondern vielmehr bleiben die einzelnen miteinander durch das Lot verbundenen Werk stoffe in ihren Eigenschaften unbeeinflußt. Häufig müssen bei Neuentwicklungen Kom promisse zwischen besserer Qualität und höheren Herstellungskosten oder umgekehrt gefunden werden. Die Erfindung dagegen bietet die Möglichkeit gegenüber auftrags geschweißten Panzerungen der Sitzflächen von Gaswechselventilen, Sitzringen und/oder Zylinderköpfen für Brennkraftmaschinen qualitativ hochwertiger und kostengünstiger zu fertigen. Die Vielfalt der traditionell zum Schweißen verwendeten Panzermaterialien wurde hinsichtlich ihrer chemischen Zusammensetzung durch neue Werkstoffauswahl, die durch die Anwendung des Lötverfahrens ermöglicht wird, erweitert. Es ist z. B. erstmalig möglich, Sitzflächen aus Keramik auf einem metallischen Grundwerkstoff aufzubringen, es ist weiterhin erstmalig möglich, Sitzflächen durch den Lötwerkstoff selbst zu bilden, dazu wird der Lötwerkstoff entsprechend aufgebracht, so daß dieser nach dem Schmelzen das Panzermaterial gleichzeitig mitbildet.The invention is characterized in particular by the fact that it is now possible speed exists, gas exchange valves u. Equip components in this way and with wear-resistant To provide seats that there are practically no residual stresses. In addition, the seat rings or the rings can be prefabricated accordingly Armor material makes processing easier and at the same time post-processing are essentially avoided. Through a special investment casting process Near-net shape seat rings are provided, which is practically after insertion or radio immediately after soldering onto the corresponding surfaces to be secured are safe and functional. In addition, it is also a major advantage that non-weldable materials can now be used as armor material, because there is no impairment of these materials through the soldering process. Ins Technical ceramics are particularly important here. These materials can do well and cleverly connected to the respective underground by soldering. Of the Manufacturing process is not only simplified by the prefabrication of the seat rings and secured, but it can also advantageously be dispensed with individual sections, because you can combine the soldering with the treatment in the furnace or these steps can be integrated in such a way that the two work steps are carried out in one. Advantage What is contingent is that the surfaces to be joined together by the solder at Production of the individual components can be protected so that they are for the solder Process are available without further pretreatment, the soldering process as already indicated has the advantage that there is no mixing of materials, rather, the individual works remain connected to each other by the solder substances unaffected in their properties. Often com promises between better quality and higher production costs or vice versa being found. The invention, however, offers the possibility to order welded armor on the seat surfaces of gas exchange valves, seat rings and / or Cylinder heads for internal combustion engines of higher quality and less expensive manufacture. The variety of armored materials traditionally used for welding with regard to their chemical composition through new material selection, which is made possible by the use of the soldering process. It is Z. B. possible for the first time, ceramic seats on a metallic base material to apply, it is still possible for the first time to seat the solder material to form itself, the soldering material is applied accordingly, so that this after melting, the armor material also forms at the same time.

Weitere Einzelheiten und Vorteile des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel mit den dazu notwendigen Einzelheiten und Einzelteilen dargestellt ist. Es zeigen:Further details and advantages of the subject matter of the invention result from the following description of the accompanying drawing, in which a preferred Embodiment with the necessary details and items shown is. Show it:

Fig. 1 ein Ventil, teilweise im Schnitt, Fig. 1, a valve, partly in section,

Fig. 2 einen Ausschnitt des Zylinderkopfes mit Sitzfläche, Fig. 2 shows a detail of the cylinder head with the seat surface,

Fig. 3 ein vergrößert wiedergegebenes Ventil mit aufgesetztem, vorgefertigtem Sitzring, Fig. 3 is an enlarged reproduced valve with an attached, prefabricated seating ring,

Fig. 4 eine Teilansicht des Ventiltellerrandes mit aufzusetzendem Sitzring, Fig. 4 is a partial view of the valve disk rim with aufzusetzendem seat ring,

Fig. 5 einen Zylinderkopf mit Aussparung, in die ein Panzerele ment eingesetzt wird, Fig. 5 shows a cylinder head with recess, into which a Panzerele is used ment,

Fig. 6 ein Gaswechselventil mit einer Aussparung, in die ein Pan zerelement eingesetzt wird, Fig. 6 is a gas exchange valve with a recess, into which a pan is used zerelement,

Fig. 7 die Bauteile gemäß Fig. 5 und Fig. 6 nach Aufbringen der Panzerelemente, Fig. 7 shows the components of FIG. 5 and FIG. 6, after application of the armor elements,

Fig. 8 ein Bauteil gemäß Fig. 7 mit tellerförmigem Panzerele ment, Fig. 8 is a component according to Fig. 7 ment with tellerförmigem Panzerele,

Fig. 9 und Fig. 10 einen Zylinderkopf und ein Gaswechselventil mit identischen Panzerelementen vor deren Be arbeitung. Fig. 9 and Fig. 10 shows a cylinder head and a gas exchange valve with identical armor elements before their loading.

Fig. 1 zeigt von einem Gaswechselventil 1 den Ventilkörper 4, der annähernd axial beweglich im Zylinderkopf 2, der hier nicht wiedergegeben ist, angeordnet ist. Der Ventilkörper 4 verfügt über einen längeren Ventilschaft 5 und den Ventilteller 6, der randseitig mit einem Panzerelement 10 verschleißfest gemacht worden ist. Fig. 1 shows a gas exchange valve 1, the valve body 4 , which is arranged approximately axially movable in the cylinder head 2 , which is not shown here. The valve body 4 has a longer valve stem 5 and the valve plate 6 , which has been made wear-resistant at the edge with a tank element 10 .

Der Panzerelement 10 ist hier an den Flanken 17 angebracht oder besser auf die Flanken 17 aufgebracht. Er kann darüber hinaus auch auf anderen dem Verschleiß unterliegenden Teilen in ähnlicher Form, wie in Fig. 1 und den nachfolgenden Figu ren gezeigt, angeordnet sein. Dabei wird der Panzerelement 10 auf den Grundkörper 11 aufgelötet, wozu zwischen beiden ein angepaßtes Lot 15 angeordnet und dann aufge weicht bzw. verflüssigt wird. Nach dem Wiederaushärten des Lotes sind dann Panzer element 10 und Grundkörper 11 wirksam miteinander verbunden.The armor element 10 is attached to the flanks 17 or better applied to the flanks 17 . It can also be arranged on other parts subject to wear in a similar form, as shown in FIG. 1 and the following figures. The armor element 10 is soldered onto the base body 11 , for which purpose an adapted solder 15 is arranged between the two and then softened up or liquefied. After the solder has hardened again, armor element 10 and base body 11 are then effectively connected to one another.

In Fig. 2 ist ein Zylinderkopf 2 angedeutet, dem der feststehende Ventilteil 3 zugeordnet ist. Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführung ist dabei im Zylinderkopf 2 ein Hilfsring 20 angeordnet und beispielsweise über Lot oder Verschweißung mit dem Gehäuse verbunden. Dieser Hilfsring 20 ist mit dem Panzerelement 10 beschichtet bzw. über ein Lot 15 verbunden, wobei die Ausbildung mit dem Hilfsring 20 den Vorteil hat, daß der eigentliche Panzerelement 10 durch diesen Hilfsring 20 gestutzt verarbei tet werden kann. Es kann mit einem relativ flachen Panzerelement-Ring oder einer Scheibe gearbeitet werden.In Fig. 2, a cylinder head 2 is indicated, to which the fixed valve part 3 is assigned. In the embodiment shown in FIG. 2, an auxiliary ring 20 is arranged in the cylinder head 2 and is connected to the housing, for example by solder or welding. This auxiliary ring 20 is coated with the armor element 10 or connected by a solder 15 , the training with the auxiliary ring 20 has the advantage that the actual armor element 10 can be processed by this auxiliary ring 20 trimmed. It can be used with a relatively flat armored element ring or a washer.

Sowohl in den Darstellungen der Fig. 2 wie der Fig. 3 wird auf die Sitzfläche 8 bzw. 9 der Panzerelement 10 in Form eines Sitzringes 16 aufgebracht. Zwischen beiden ist das Lot 15 angeordnet, das nach der entsprechenden Wärmebehandlung beide Bauteile wirksam miteinander verbindet.Both the representations of Fig. 2 like the Fig. 3 9 of the armor member 10 is applied in the form of a seat ring 16 on the seat 8 or. The solder 15 is arranged between the two and effectively connects the two components to one another after the corresponding heat treatment.

Die miteinander zu verbindenden oder aufeinander zu legenden Flächen 18, 19 können gemäß Fig. 4 so vorbehandelt werden, daß sie ohne einen weiteren Reini gungsprozeß nach dem Zwischenlegen des Lotes 15 miteinander verbunden werden können. Es stehen dann für den Lötprozeß optimal saubere Flächen zur Verfügung.The surfaces 18 , 19 to be joined or placed one on top of the other can be pretreated according to FIG. 4 in such a way that they can be joined together without a further cleaning process after the solder 15 has been interposed. Optimally clean surfaces are then available for the soldering process.

Diese Flächen 18, 19 können dabei auch gezielt Unebenheiten aufweisen um so bei einem Lot 15 geringer Dicke dennoch eine wirksame Verbindung zwischen den Bauteilen 16 und 11 zu gewährleisten.These surfaces 18 , 19 can also have specific bumps in order to ensure an effective connection between the components 16 and 11 in the case of a solder 15 of small thickness.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform ist erläutert worden, daß der Hilfsring 20 insbesondere dann von Vorteil ist, wenn ein Panzerelement 10 geringer Eigenstabilität zum Einsatz kommt. Um die Eigenschaften der miteinander zu verbin denden Werkstoffe nicht nachteilig zu beeinflussen ist dabei zweckmäßigerweise auch zur Fixierung des Hilfsringes 20 eine Lötverbindung vorgesehen. Auf nähere Erläute rungen hierzu kann dabei verzichtet werden. Der Arbeitsvorgang läuft genauso ab wie beim Aufbringen des Sitzringes 16.In the embodiment shown in FIG. 2, it has been explained that the auxiliary ring 20 is particularly advantageous when a tank element 10 of low intrinsic stability is used. In order not to adversely affect the properties of the materials to be connected, a soldered connection is also expediently provided for fixing the auxiliary ring 20 . There is no need for further explanations. The operation proceeds in exactly the same way as when the seat ring 16 is applied .

In Fig. 5 ist ein Zylinderkopf 2 wiedergegeben, in dessen fest stehendes Ven tilteil 3 von unten her ein Panzerelement 10' bzw. ein Sitzring 16' eingesetzt werden soll. Dieser Zylinderkopf 2 und der Ventilteller 6 mit Ventilschaft 5 sind Bauteile eines allgemein mit 7 bezeichneten Verbrennungsmotors. Der Ventilteller 6 mit Ventilschaft 5 ist in Fig. 6 wiedergegeben, wobei hier von oben ein entsprechendes Panzerelement 10 aufgesetzt werden soll und zwar so, daß es über das Lot 15 mit dem eigentlichen Gaswechselventil 1 wirksam verbunden ist.In Fig. 5, a cylinder head 2 is shown , in its fixed Ven tilteil 3 from below a tank element 10 'or a seat ring 16 ' is to be used. This cylinder head 2 and the valve plate 6 with valve stem 5 are components of an internal combustion engine, generally designated 7 . The valve plate 6 with valve stem 5 is shown in FIG. 6, with a corresponding armor element 10 to be placed here from above, in such a way that it is effectively connected to the actual gas exchange valve 1 via the solder 15 .

Fig. 7 schließlich zeigt einen im Ausschnitt gezeigten Verbrennungsmotor 7, in dem die über die Panzerelemente 10, 10' gesicherten Bauteile zum Einsatz kommen. Dabei wird je nach Werkstoff das Panzerelement 10 gemäß Grundkörper 11 gewählt und eingestellt und dann auch angelötet. Der Lotwerkstoff kann mit oder ohne Fluß mittel verarbeitet werden. Fig. 7 zeigt somit eine Zusammenstellzeichnung des Gas wechselventils 1 mit Zylinderkopf 2. Abweichend von der Darstellung in Fig. 7 ist nach Fig. 8 ein Gaswechselventil 1 wiedergegeben, bei dem das Panzerelement 10 eine tellerförmige Gestaltung erhalten hat, so daß der Ventilteller 6 vollständig umfaßt werden kann. FIG. 7 finally shows an internal combustion engine 7 shown in the detail, in which the components secured via the armored elements 10 , 10 'are used. Depending on the material, the armor element 10 is selected and adjusted according to the base body 11 and then also soldered on. The solder material can be processed medium with or without flux. Fig. 7 thus shows an assembling drawing of the gas exchange valve 1 with cylinder head 2. Deviating from the illustration in FIG. 7, a gas exchange valve 1 is shown in FIG. 8, in which the armored element 10 has been given a plate-shaped design, so that the valve plate 6 can be completely encompassed.

Es ist auch möglich, daß Panzerelement 10, 10' für das Gaswechselventil 1 und den Zylinderkopf 2 identisch auszubilden, wie in den Fig. 9 und 10 gezeigt. Hier ist jeweils ein im Querschnitt rechteckiger Ring wiedergegeben, wobei der überflüssige Werkstoff nach dem Einlöten auf die geforderte Kontur bearbeitet wird. Neben den dargestellten Ausführungsvarianten können zwischen dem Grundwerkstoff des Gas wechselventils 1 und des Zylinderkopfes 2 und dem aufgelötetem Panzerelement 10 auch Zwischenschichten vorgesehen werden. It is also possible for the armored element 10 , 10 'to be of identical design for the gas exchange valve 1 and the cylinder head 2 , as shown in FIGS. 9 and 10. Here, a ring with a rectangular cross-section is shown, whereby the superfluous material is machined to the required contour after soldering. In addition to the embodiment variants shown, intermediate layers can also be provided between the base material of the gas exchange valve 1 and the cylinder head 2 and the soldered armor element 10 .

Alle genannten Merkmale, auch die den Zeichnungen allein zu entnehmenden, werden allein und in Kombination als erfindungswesentlich angesehen.All of the above-mentioned features, including those that can only be taken from the drawings, alone and in combination are regarded as essential to the invention.

Claims

1. A process for the production of gas exchange valves, seat rings or cylinder heads with increased wear resistance of the seat surface forburning engines, in which a harder armor element is applied in a ring to the seat surface and then, if necessary, reworked, characterized in that an armor element is applied from the material to be applied to the seat surface or parts are prefabricated and connected to the base material by liquid solder.

2. The method according to claim 1, characterized, that a solder based on nickel, copper or precious metal with reinforcing components is used to connect with the base material.

3. The method according to claim 1, characterized, that the armor element to be applied is prefabricated in a near-net shape becomes.

4. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that the armor element by vacuum, inert gas or atmospheric soldering is connected to the base material with or without flux.

5. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that the soldering process is integrated in the heat treatment of the gas exchange valve, preferably that for setting defined internal stress ratios in the soldering process the soldering partners differ by inductive - or similar - heat treatment be heated.

6. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that the seat ring or the sections of a non-weldable material preferred wise ceramic prefabricated and then soldered to the valve body.

7. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that the seat ring or the sections of the seat ring with corresponding properties ten additionally or only on the valve seat surface of the cylinder head.

8. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that the corresponding seat is formed from the solder forming an armor material becomes.

9. Internal combustion engine with cylinder head ( 2 ), associated valve part ( 3 ) with seat ring ( 16 ) and a gas exchange valve ( 1 ), the seat surfaces ( 8 , 9 ) of which have an armored element ( 10 ), characterized in that between the armored element ( 10 ) and the seat ( 8 , 9 ) having the base body ( 11 ) has an adapted solder ( 15 ) and the armored element ( 10 ) is adapted after the soldering process.

10. Internal combustion engine according to claim 9, characterized in that the armored element ( 10 ) consists of a nickel, cobalt-based alloy, composite material or a technical ceramic.

11. Internal combustion engine according to claim 9, characterized in that the armored element ( 10 ) is designed as a near-net shape seat ring ( 16 ) and is connected to the base body ( 11 ) via the solder ( 15 ).

12. Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the seat ring ( 16 ) for the valve body ( 4 ) and the seat ring ( 16 ') for the fixed de valve part ( 3 ) are designed pre-matched to each other.

13. Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the seat ring ( 16 ) for the valve body ( 4 ) is designed to cover the entire flank ( 17 ).

14. Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the mutually opposite surfaces when connecting ( 18 , 19 ) of the seat ring ( 16 ) and / or base body ( 11 ) are equipped with a metallically clean, targeted bumps surface.

15. Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the armored element ( 10 ) consists of the solder material.