DE2303699C3 - Flüssigkeitsgekühltes Auslaßventil für eine Brennkraftmaschine und Herstellungsverfahren - Google Patents

Description

45

Die Erfindung betrifft ein flüssigkeitsgekühltes Auslaßventil für eine Brennkraftmaschine, bestehend aus ♦inem eine Kammer enthaltenden Ventilkopf und ♦inern in diesen eingeschraubten Ventilschaft mit in die Kammer mündenden Kanälen für die Zufuhr und Abluhr der Kühlflüssigkeit, die in bezug auf die Ventillchaftlängsachse im wesentlichen symmetrisch zueinander angeordnet sind.

Ein solches Ventil ist aus der GB-PS 171 907 belannt. Bei dieser Konstruktion besitzt der Ventilschaft tine zentrale Bohrung, die durch ein Trennblech in tinen Zufuhr- und einen Abfuhrkanal unterteilt ist. Machteilig bei dieser Konstruktion sind das komplizierte Herstellungsverfahren und die Schwierigkeiten, die sich aus der komplizierten Halterung des Trennbleches ergeben. Des weiteren besteht der Nachteil, daß der Ventilschaft stets auf einer Seite kali und auf der anderen Seite warm ist, wodurch sich thermische Verbiegungen und damit hohe Beanspruchungen des Ventils ergeben. 6s

Des weiteren ist aus der US-PS 975 255 ein Ventil, allerdings älterer Bauart, d. h. mit einstückig ausgebildetem Schaft und Kopf, bekannt, bei derr die Zufuhi- und Abfuhrkanäle im Ventilschaft derart ausgebildet sind, daß ihre Wandungen ausschließlich durch das Schaftmaterial gebildet werden. Auch diese Konstruktion hat jedoch den Nachteil, daß die beiden Kanäle jeweils nur auf einer Seite des Ventilschaftes verlaufen und somit zu der oben erwähnten thermischen Verbiegung des Ventilschaftes führen.

Schließlich ist aus der GB-PS 476 089 ein Ventil bekannt, dessen Ventilschaft ähnlich der erstgenannten Konstruktion einen Trenneinsatz besitzt. Dieser ist jedoch gewendelt ausgeführt, so daß der Zufuhr- sowie der Abfuhrkanal schraubenförmig um die Längsachse des Ventilschaftes herumgeführt sind. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß die unterschiedliche thermische Beanspruchung des Ventilschaftes abwechselnd über die Länge verteilt wird, so daß sich die thermischen Beanspruchungen aufheben und der Ventilschaft insgesamt keine thermischen Verbiegungen erleidet. Nachteilig bei dieser Konstruktion ist jedoch die Tatsache, daß ein Einsatz im Ventilschaft verwendet wird, der die oben erwähnten Halterungs- und Einbauprobleme mit sich bringt, die insgesamt zu einer unwirtschaftlichen Konstruktion führen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Ventil der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem sowohl das thermische Problem als auch das konstruktive bzw. wirtschaftliche Problem in befriedigender Weise gelöst wird.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Wandungen der Kanäle ausschließlich durch das Schaftmaterial gebildet werden und daß die Kanäle schraubenförmig um die Längsachse des Ventilschaftes herumgeführt sind.

Auf diese Weise wird ein Ventil geschaffen, das von einfachem konstruktivem Aufbau ist, da der Ventilschaft aus einem Stück besteht und keinerlei Einsatz benötigt. Weiterhin werden die thermischen Probleme gelöst, da die Kanäle schraubenförmig um die Längsachse des Ventilschaftes herumgeführt sind, wodurch sich die thermische Beanspruchung des Ventilschaftes über seine Länge ausgleicht und eine thermische Verbiegung des Schaftes vermieden wird.

Vorteilhaft ist das Auslaßventil dadurch gekennzeichnet, daß zwei Zuführkanäle und zwei Abführkanäle vorzugsweise symmetrisch in bezug auf die Ventiischaftslängsachse vorgesehen sind. Die symmetrische Anordnung der Kanäle weist auch ohne Verdrillung schon einen ausgleichenden Effekt auf die Temperaturverteilung im Ventilschaft auf und ergibt somit eine weitere Verbesserung der erfindungsgemäßen Konstruktion.

Vorteilhaft wird das erfindungsgemäße Auslaßventil dadurch hergestellt, daß in einem zur Ausbildung des Ventilschaftes dienenden Rundprofil wenigstens zwei mindestens zunächst im wesentlichen parallel zur Profillängsachse verlaufenden Kanäle zur Zufuhr und Abfuhr von Kühlflüssigkeit ausgebohrt werden und das Rundprofil nach Ausführung der Bohrung um seine Längsachse derart verdreht oder verdrillt wird, daß die Kanäle schraubenförmig um die Längsachse herum verlaufen. Hierdurch ist ein besonders wirtschaftliches und einfaches Herstellungsverfahren gegeben.

Ein weiteres ebenfalls sehr wirtschaftliches und einfaches Herstellungsverfahren ist dadurch gegeben, daß das zur Ausbildung des Ventilschaftes dienende Rundprofil zusammen mit den Kanälen durch Strangpressen hergestellt wird und das stranggepreßte Rundprofil mit den in diesem befindlicicn Kanälen in der Weise vcr-

dreht oder verdrillt wird, daß die Kanäle schraubenförmig um die Längsachse des Profils herum angeordnet

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise und schematisch dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Auslaßventil, das einen mit Kanälen stranggepreßten Ventilschaft aufweist, der jedoch aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht verdrillt dargestellt ist,

F i g- 2 einen Schnitt gemäß Linie 11-11 in F i g. 1,

F i g. 3 einen Schnitt durch eine andere Ausführungsform des Ventils, wobei die Verdrillung wiederum nicht dargestellt ist,

F i g. 3a einen Längsschnitt durch das Ventilschaftende einer weiteren Ausführungsform, ebenfalls ohne ,₅ Darstellung der Verdrillung,

Fig.4 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform, in welcher die KanäL im Ventilschaft ausgebohrt sind; die nachfolgende Verdrillung ist nicht dargestellt,

F i g. 5 einen Schnitt gemäß der Linie V-V in F i g. 4,

F i g. 6 einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform,

F i g. 7 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen schraubenförmigen Anordnung der Kanäle.

Bei sämtlichen Ausführungsformen des in den verschiedenen Zeichnungsfiguren dargestellten erfindungsgemäßen Auslaßventils handelt es sich um ein flüssigkeitsgekühltes Ventil, bei dem der Ventilschaft in den Ventilkopf eingeschraubt und durch Hartlöten mit diesem verbunden ist.

Die verschiedenen in den Figuren dargestellten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Auslaßventils sind sämtlich mit um die Längsachse schraubenförmig herumgeführten Kanälen ausgebildet. Diese schraubenförmige Anordnung ist in den Figuren nur einmal in F i g. 7 schematisch dargestellt und in den übrigen Figuren aus Gründen der Übersichtlichkeit fortgelassen.

Das in F i g. 1 dargestellte Auslaßventil weist einen allgemein mit dem Bezugszeichen t bezeichneten Ventilschaft auf, der an einem Ende ein Außengewinde 2 trägt, welches in ein entsprechendes Innengewinde 3 des Ventilkopfes 4 eingeschraubt ist. Außerdem ist der Ventilschaft 1 vermittels einer Hartlöt-Dichtungsbefestigung 5 mit dem Ventilkopf 4 verbunden.

Im Ventilkopf 4 befindet sich ein mittiger, kammerförmiger Hohlraum 6, in den das mit dem Außengewinde 2 versehene Ende des Ventilschaftes 1 eingeführt ist. Der Hohlraum 6 im Ventilkopf 4 steht über Querkanäle 9 und 10 in Verbindung mit im Ventilschaft ausgebildeten Längskanälen 7 und 8.

Der Ventilschaft 1 wird mit den Längskanälen 7 und 8 durch Strangpressen in der Weise hergestellt, daß die Längskanäle im wesentlichen parallel zueinander und beispielsweise symmetrisch zur Längsachse des Ventilschafts 1 verlaufen, wie in F i g. 1 dargestellt ist. Beim Strangpressen des Ventilschafts 1 wird vorzugsweise zunächst eine Rundstange großer Länge erzeugt und dann diese in kürzere Längen unterteilt, welche anschließend bearbeitet und angenähert in die in den Zeichnungen dargestellte Form gebracht werden.

Der Ventilschaft 1 kann auch aus einem massiven Rundprofil hergestellt werden, in dem wenigstens zwei in Längsrichtung parallel zueinander verlaufende Ka- f>5 näle ausgebohrt werden.

Anschließend an die erwähnten Herstellungsverfahren wird der zunächst mit geraden Kanälen erhaltene Ventilschaft um seine Längsachse derart verdreht oder verdrillt, daß die Kanäle schraubenförmig um die Längsachse herum verlaufen.

Bei der in F i g. 1 dargesiellten ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Auslaßventils sind die Längskanäle 7 und 8 über die ganze Länge des Ventilschaftes 1 durch Strangpressen hergestellt und sind daher an beiden Enden 11 und 12 des Ventilschafts 1 offen. Die Längskanäle 7 und 8 sind am Ende 12 des Ventilschafts 1 auf Grund der Anlage dieses Endes 12 gegen den Boden des im Ventilkopf 4 befindlichen Hohlraumes 6 geschlossen, während sie an dem Ende 11 des Ventilschafts 1 durch ein im wesentlichen zylindrisches, aufgesetztes Endstück 13 verschlossen sind, das durch einen Kipphebel beaufschlagt wird. Bei der hier betrachteten Ausführungsform weist das aufgesetzte Endstück 13 einen kreisförmigen mittigen Vorsprung 14 auf, welcher in einen entsprechenden Randflansch 15 an dem Ende 11 des Ventilschafts I eingreift.

Entsprechend der in F i g. 3 dargestellten Ausführungsform ist das aufgesetzte Endstück 13' an dem dem Ende 11' des Ventilschafts zugewandten Ende 14' im wesentlichen eben ausgebildet und verschließt die Läng«;kanäle T und 8' des Ventilschafts in Form eines Deckels. Beide Endstücke 13 oder 13' sind mit dem Ventilschaft 1 beispielsweise vermittels einer Schweißverbindung verbunden.

Bei der in Fig.3a dargestellten Ausführungsform sind die beiden Längskanäle 7" und 8" im Ventilschaft 1" am oberen Ende desselben jeweils durch einen (nicht dargestellten) Dichtungsstopfen verschlossen, der beispielsweise in entsprechende Endbohrungen dieser Kanäle eingeschraubt ist. In diesem Falle beaufschlagt der dem Ventil zugeordnete (und hier nicht dargestellte) Kipphebel vorzugsweise unmittelbar die Endflächen 15" des Ventilsuhaftes.

Die Längskanäle 7 und 8 (bzw. T und 8') des Ventilschafts 1 stehen mit dem Hohlraum 6 des Ventilkopfes 4 durch Querkanäle 9 und 10 und außerdem mit der Ventilaußenseite durch weitere Querkanäle 16 und 17 in Verbindung, welche in Radialrichtung durch die Wand des Ventilschafts 1 durchgebohrt sind.

Die Kühlung des beschriebenen Auslaßventils erfolgt in folgender Weise: Die Kühlflüssigkeit tritt beispielsweise durch den Querkanal 16 in den Längskanal 7 ein und gelangt durch den Querkanal 9 in den Hohlraum 6. Die im Hohlraum 6 befindliche Kühlflüssigkeit verläßt diesen durch den Querkanal 10, den Längskanal 8 und den als Austrittsöffnung für die Kühlflüssigkeit dienenden Querkanal 17.

Bei der in F i g. 4 dargestellten Ausführungsform sind in dem Ventilschaft 101 wenigstens zwei zueinander parallel in Längsrichtung des Ventilschafts verlaufende Längskanäle 107 und 108 ausgebohrt, welche am Ende 112 des Ventilschafts 101 in den Hohlraum 106 im Ventilkopf 104 münden. Die beiden Längskanäle 107 und 108 bestehen hier aus Blindbohrungen und sind nicht bis zum Ende 111 des Ventilschaftes 101 durchgeführt. Die Längskanäle sind wie bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsforrn mit der Außenseite des Ventilschafts 1 durch Querkanäle 116 und 117 und mit der Innenseite des Hohlraums 106 durch Querkanäle bzw. 110 verbunden. Das auf das freie Ende des Vcntilschafts 101 aufgesetzte Endstück 113 ist in gleicher Weise wie bei einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ausgebildet.

Die Querkanäle 109 und 110, welche die Längskanale 107 und 108 mit dem Hohlraum 106 im Ventilkopf

verbinden, können in unterschiedlicher Weise wie beispielsweise entsprechend der Darstellung in F i g. 5 ausgebildet sein, in welcher jeder der beiden Längskanäle 107 und 108 mit dem Hohlraum 106 im Ventilkopf 104 jeweils durch zwei Qiierkanäle 109 und 110 verbunden ist, welche sich in zueinander versetzten Ebenen ohne sic!i zu schneiden überlagern.

Entsprechend der in Fig.6 dargestellten Ausführungsform weist der Ventilschaft 201 vier parallel zueinander verlaufende Längskanäle 202 in gleichmäßig verteilter Anordnung innerhalb des Ventilschafts 201 auf, welche mit dem (hier nicht dargestellten) mittigen Hohlraum im Ventilkopf durch entsprechende Querkanäle 203 in Verbindung stehen. In diesem Falle können zwei sich diametral gegenüberliegende Längskanäle 202 als Zuleitungskanäle, und die beiden anderen Längskanäle als Rückleitungskanäle für die Flüssigkeit verwendet werden.

Wenn mehr als zwei und beispielsweise vier symmetrisch um die Längsachse des Ventilschafts herum angeordnete Längskanäle vorgesehen sind, lassen sich die (auf Grund des Temperaturunterschiedes zwischen zugeführter und abgeführter Kühlflüssigkeit bedingten) Wärmebeanspruchungen des Ventilschafts gleichmäßiger verteilen, so daß ein besseres Gleichgewicht und jede temperaturbedingte Verformung und insbesondere jede Verbiegung in Querrichtung vermieden wird.

In F i g. 7 ist die erfindungsgemäße schraubenförmige Anordnung der Kanäle am Beispiel eines Schachtes mit zwei parallelen Längskanälen 307 und 308 schematisch dargestellt. Ks wird hierdurch erreicht, dall die den Ventilschaft deformierende Wärmebeanspruchung im wesentlichen gleichförmig über die ganze Länge der Ventilschaftlängsachse verteilt wird.

Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Auslaßventils lassen sich vielseitig abwandein oder weiter ausgestalten, indem beispielsweise die Anordnung und Verteilung der Längsund Querkanäle verändert oder das Ventil aus einem Schaft aus einem korrosionsfesten Metall und einem Ventilkopf aus einem anderen Metall hergestellt wird.
Der Ventilschaft 1 drückt vorzugsweise mit einem vorbestimmten Anlagedruck gegen die Innenseite des Ventilkopftellers im Ventilkopf 4, um diesen Teil des Venlilkopfs bei den im Betrieb auftretenden Wärmebeanspruchungen und Drücken zu stützen. Der Ventilkopfteller kann eine gleichförmige Wandstärke und damit sich parallel gegenüberliegende, ebene Oberflächen aufweisen. Um jedoch die Gefahr einer Rißbildung durch unzulässig hohe Konzentrationen von Spannungen, die durch den Auflagedruck des Ventilschafts 1 hervorgerufen werden können, herabzusetzen oder ganz auszuschalten, weist die Wand des Ventilkopftellers am Ventilkopf 4 vorzugsweise einen verstärkter mittigen Abschnitt 18 (Fig. 1) oder 118 (F ig. 4) auf der den Auflagedruck des Ventilschafts aufnimmt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Flüssigkehsgekühltes Auslaßventil für eine Brennkraftmaschine, bestehend aus einem eine Kammer enthaltenden Ventilkopf und einem in die- $en eingeschraubten Ventilschaft mit in die Kammer mündenden Kanälen für die Zufuhr und Abfuhr 0er Kühlflüssigkeit, die in bezug auf die Ventillchaftlängsachse im wesentlichen symmetrisch zueinander angeordnet sind, dadurch gekennte i c h η e t, daß die Wandungen der Kanäle (307, J08) ausschließlich durch das Schaftmaterial gebil- <let werden und daß die Kanäle schraubenförmig »m die Längsachse des Ventilschaftes herumgeführt find.

2. Auslaßventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Zuführkanäle und zwei Abführkanäle vorzugsweise symmetrisch in bezug auf die Ventiischaftslängsachse vorgesehen sind.

3. Verfahren zur Herstellung eines Auslaßventils nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in einem zur Ausbildung des Ventilschafts dienenden Rundprofil wenigstens zwei, zumindest zunächst im wesentlichen parallel zur Profillängsachse verlaufende Kanäle (7, 8, 107, 108) zur Zufuhr und Abfuhr von Kühlflüssigkeit ausgebohrt werden und das Rundprofil nach Ausführung der Bohrungen um seine Längsachse derart verdreht oder verdrillt wird, daß die Kanäle schraubenförmig um die Längsachse herum verlaufen.

4. Verfahren zur Herstellung eines Auslaßventils nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Ausbildung des Ventilschafts dienende Rundprofil zusammen mit den Kanälen durch Strangpressen hergestellt wird und das stranggepreßte Rundprofil mit den in diesem befindlichen Kanälen (307, 308) in der Weise verdreht oder verdrillt wird, daß die Kanäle schraubenförmig um die Längsachse des Profils herum angeordnet _4Ü sind.