DE4141100C2

DE4141100C2 -

Info

Publication number: DE4141100C2
Application number: DE19914141100
Authority: DE
Inventors: Armin 7107 Neckarsulm De Bauder
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1991-12-13
Filing date: 1991-12-13
Publication date: 1993-09-16
Also published as: DE4141100A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einsetzen eines Ventilsitzringes in eine von einer zylindrischen Umfangs fläche und einer dazu senkrechten Ringfläche begrenzte Aus sparung, die eine von einem Tellerventil beherrschte, kreis förmige Gaswechselöffnung in einem vorzugsweise aus Leichtme tall bestehenden Zylinderkopf einer Hubkolben-Brennkraft maschine umgibt.

Üblicherweise wird der Ventilsitzring in die Aussparung ein gepreßt bzw. eingeschrumpft. Dazu ist es erforderlich, daß die miteinander zusammenwirkenden Umfangsflächen der Ausspa rung und des Ventilsitzringes feingeschlichtet und die mit einander zusammenwirkenden Stirnflächen zumindest geschlich tet werden. Dies erfordert einen erheblichen Bearbeitungsauf wand einerseits am Ventilsitzring und andererseits am Zylin derkopf. Mit zunehmender Ventilzahl pro Zylinder fällt dieser Aufwand kostenmäßig immer stärker ins Gewicht. Ein weiterer Nachteil einer derartigen Preßverbindung besteht in dem relativ schlechten Wärmeübergang von dem Ventilsitzring in das Material des Zylinderkopfes insbesondere an der stirnsei tigen Auflagefläche des Ventilsitzringes. An dieser Stelle kann beim Einpressen und beim Einschrumpfen kein Kraftschluß erreicht werden. Dieser schlechte Wärmeübergang wirkt sich insbesondere bei dem Ventilsitzring für das Auslaßventil negativ aus und kann zu einer Überhitzung desselben führen, wenn nicht besondere Kühlmaßnahmen getroffen werden. Schließ lich kann auch ein Lockern des Preßsitzes eintreten, insbe sondere, wenn der Ventilsitzring und der Zylinderkopf aus Werkstoffen mit stark unterschiedlichem Wärmdehnungs koeffizienten bestehen, was jedenfalls bei Leichtmetall- Zylinderköpfen in der Regel der Fall ist, da der Ventilsitz ring aus einem verschleiß- und warmfesten Material, meist aus legiertem Sinterstahl bestehen.

Diese Nachteile sind auch dann vorhanden, wenn der Ventil sitzring beim Einpressen formschlüssig mit der Umfangs wand der Aussparung verbunden wird, beispielsweise durch Vorsehen einer Rändelung (DE-PS 7 10 793).

Zur Vermeidung dieser Nachteile ist bereits vorgeschlagen worden (DE 21 64 357 B2), den Ventilsitzring in die Aus sparung einzuschrauben und zu diesem Zweck an der Um fangsfläche des Ventilsitzringes ein selbstschneidendes Ge winde vorzusehen. Dadurch ist ein besserer Wärmeübergang von dem Ventilsitzring auf den Werkstoff des Zylinderkopfes zu erwarten. Allerdings besteht auch hier bei stark unterschied lichen Wärmeausdehnungskoeffizienten die Gefahr eines Lockerns des Ventilsitzringes.

Es ist auch bekannt (EP 00 92 081 B1), die Ventilsitzringe in den Zylinderkopf einzugießen. Dabei werden die Ventilsitzringe in die Form eingelegt und mit dem Werkstoff des Zylinderkopfes umgossen. Auch hier ist der Fertigungsaufwand durch das Ein legen und Fixieren der Ventilsitzringe in der Form relativ groß. Außerdem kann die beim Eingießen entstehende Oxydhaut bildung um den Ventilsitzring herum zur Beeinträchtigung des Wärmeüberganges führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dem gegenüber den bekannten Verfahren der Wär meübergang von dem Ventilsitzring auf den Werkstoff des Zy linderkurbelgehäuses im Betrieb verbessert und der Fertigungsaufwand erheblich reduziert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Ventilsitzring beim Einsetzen zumindest mit der Umfangs fläche, vorzugsweise auch mit der Stirnfläche der Aussparung durch Reibschweißen verbunden wird.

Das Verbinden von zwei Bauteilen durch Reibschweißen ist zwar allgemein bekannt, es bietet jedoch für die Befestigung von Ventilsitzringen besondere, nicht ohne weiteres vorhersehbare Vorteile. So müssen die miteinander zusammenwirkenden Flächen der Aussparung und des Ventilsitzringes nicht feingeschlich tet oder geschlichtet, sondern sie können geschruppt werden, was wenig zeit- und arbeitsaufwendig ist. Da die Reibschweiß zeit nur ca. 0,6 bis 1 Sekunde beträgt, ist der Zeitaufwand für das Einsetzen der Ventilsitzringe selbst bei einem Zylin derkopf mit vier oder mehr Ventilen pro Zylinder relativ gering. Von besonderer Bedeutung ist aber, daß durch den erfindungsgemäßen Vorschlag eine metallurgische Verbindung zwischen dem Ventilsitzring und dem Material des Zylinderkop fes eintritt, wodurch einerseits ein hervorragender Wärme übergang geschaffen und andererseits Gewähr dafür gegeben ist, daß sich der Ventilsitzring nicht lockern kann. Auch der apparative Aufwand für die Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens ist gering, da der Ventilsitzring durch ein einfa ches Werkzeug, z. B. in Form eines nach außen spannenden Spreizkopfes, festgehalten und in Drehung versetzt werden kann.

In der Praxis wird der Ventilsitzring mit einem den Durch messer der Aussparung geringfügig überschreitenden Außen durchmesser hergestellt, der Ventilsitzring in schnelle Dre hung versetzt und gleichzeitig mit gesteuertem Druck in die Aussparung gedrückt, derart, daß ein Verschmelzen der anein ander liegenden Flächen des Ventilsitzringes und der die Aussparung begrenzten Flächen eintritt. Diese miteinander zusammenwirkenden Flächen werden vor dem Einsetzen des Ventilsitzringes vorzugsweise lediglich geschruppt.

Der Ventilsitzring kann eine konische äußere Umfangsfläche aufweisen. Der Vorteil dieses Konzeptes ist darin zu sehen, daß die Reibwärme auf der gesamten zylindrischen Fläche gleichzeitig erfolgt.

Im allgemeinen wird es ausreichend sein, den Ventilsitzring durch einen außenspannenden Spreizkopf zu halten und in Dre hung zu versetzen. Falls diese kraftschlüssige Verbindung nicht ausreicht, kann der Ventilsitz Aufnahmen zur form schlüssigen Verbindung mit einem rotierenden Werkzeuge auf weisen. Diese Aufnahmen können von Nuten gebildet werden, die am Innenumfang oder in dem Rand des Ventilsitzringes vorgese hen sind, der später beim Bearbeiten des Ventilsitzes abge tragen wird.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt im Schnitt und in schematischer Darstellung einen Teil eines Zylinderkopfes mit einer Gaswech selöffnung und einen Ventilsitzring, der in ein rotierendes Spreizwerkzeug eingespannt ist, vor dem Einsetzen, und

Fig. 2 zeigt in perspektivischer Ansicht einen Abschnitt eines Ventilsitzringes.

Der vorzugsweise aus Leichtmetall bestehende Zylinderkopf 1 weist für jeden Zylinder mindestens zwei Gaswechsel kanäle 2 auf, deren Öffnungen jeweils von einer Aussparung 3 umgeben sind, die von einer zylindrischen Umfangsfläche 4 und einer ringförmigen Stirnfläche 5 begrenzt ist. In die Aussparung 3 wird ein Ventilsitzring 6 eingesetzt, der in einem Spreizwerkzeug 7 gehalten ist, das Spreizbacken 8 aufweist, die durch einen konischen Körper 9 gespreizt werden, indem der Körper 9 in Richtung des Teiles 10 ver schoben wird. Das Spreizwerkzeug 7 wird mit dem festge klemmten Ventilsitzring 6 in Drehung versetzt und in Fig. 1 nach unten verschoben, bis der Ventilsitzring 6 in die Aussparung 3 eingesetzt ist. Der Außendurchmesser des Ventilsitzringes 6 ist geringfügig größer als der Durch messer der zylindrischen Umfangsfläche 4 der Aussparung 3, so daß beim Einführen des rotierenden Ventilsitzringes 6 in die Aussparung 3 ein Verschmelzen der Umfangsfläche 11 des Ventilringes 6 mit der Umfangsfläche 4 der Aussparung 3 und gegebenenfalls ein Verschmelzen der Stirnfläche 12 des Ventilsitzringes 6 mit der ringförmigen Stirnfläche 5 der Aussparung 3 eintritt. Diese Reibschweißverbindung gewähr leistet einen guten Wärmeübergang zwischen dem Ventilsitz ring 6 und dem Material des Zylinderkopfes 1 und einen sicheren Halt des Ventilsitzringes 6 in der Aussparung 3. Dadurch, daß die miteinander zusammenwirkenden Flächen 4 und 11 und 5 und 12 nur geschruppt zu werden brauchen, also nicht wie bei anderen Verfahren feingeschlichtet werden müssen, wird der Fertigungsaufwand erheblich ver ringert. Hierzu trägt auch die außerordentlich kurze Reib schweißzeit von etwa 0,6 bis 1 Sekunde bei.

Sollte die durch das Spreizwerkzeug 7 hergestellte kraft schlüssige Halterung des Ventilsitzringes nicht aus reichen, so kann auch eine formschlüssige Verbindung des Ventilsitzringes mit einem umlaufenden Werkzeug vorgenom men werden. In Fig. 2 ist zu diesem Zweck der Ventilsitz ring 6′ an dem Rand 13, der später beim Bearbeiten des Ventilsitzes abgetragen wird, mit beispielsweise drei über den Umfang verteilten Aufnahmen 14 in Form von Nuten versehen, in die ein ent sprechendes Werkzeug eingreift. Nach dem Einsetzen des Ventilsitzringes 6′ in die Aussparung 3 (Fig. 1) wird der Rand 13 bis auf die gestrichelt eingezeichneten Linien abgeschliffen, wodurch der Ventilsitz 15 gebildet wird. Bei dieser Ausführung ist die äußere Umfangsfläche 11′ konisch ausgebildet, und zwar derart, daß der Durchmesser ihres kleines Umfanges 16 gleich dem Durchmesser der Um fangsfläche 4 der Aussparung 3 oder geringfügig größer als dieser ist. Die Konzität der Umfangsfläche 11′ ist in der Zeichnung zur Veranschaulichung wesentlich vergrößert dargestellt.

Claims

1. Verfahren zum Einsetzen eines Ventilsitzringes (6) in eine von einer zylindrischem Umfangsfläche (4) und einer dazu senkrechten, ringförmigen Stirnfläche (5) begrenz te Aussparung (3), die eine von einem Tellerventil be herrschte, kreisförmige Gaswechselöffnung in einem vorzugsweise aus Leichtmetall bestehenden Zylinderkopf (1) einer Hubkol benbrennkraftmaschine umgibt, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitzring (6) beim Einsetzen zumindest mit der Umfangsfläche (4), vorzugsweise auch mit der Stirnfläche (5) der Aussparung (3) durch Reibschweißen verbunden wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

a) der Ventilsitzring (6) mit einem den Durchmesser der Aussparung (3) geringfügig überschreitenden Außen durchmesser hergestellt,
b) der Ventilsitzring (6) in schnelle Drehung versetzt, und
c) gleichzeitig mit gesteuertem Druck in die Aussparung (3) gedrückt wird, derart, daß ein Verschmelzen an den aneinander anliegenden Flächen (4, 11′; 5, 12) des Ventilsitzringes (6) und der Aussparung (3) eintritt.

3. Ventilsitzring zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er eine koni sche äußere Umfangsfläche (11′) aufweist.

4. Ventilsitzring zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er Aufnahmen (14) zur formschlüssigen Verbindung mit einem rotieren den Werkzeug aufweist.

5. Ventilsitzring nach Anspruch (4), dadurch gekennzeich net, daß die Aufnahmen (14) von Nuten gebildet sind, die in dem Rand (13) des Ventilsitzringes (6′) vorgese hen sind, der später zur Bildung des Ventilsitzes (15) abgetragen wird.