DE4301632C2 - Ventilsitzring - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Ventilsitzring für ein Hubventil in einem Zylinder­ kopf einer Brennkraftmaschine, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspru­ ches 1.

In Zylinderköpfe eingießbare Ventilsitzringe sind bekannt (z. B. DE 39 37 402 A1). Vorteilhaft ist dabei die vereinfachte Fertigung (kein Einpressen mit ge­ nauen Passungen) sowie die verbesserte Wärmeableitung. Allerdings sind für Ventilsitzringe unter anderem auch wegen der Verwendung bleifreier Kraftstoffe sehr harte und verschleißfeste Materialien erforderlich, deren spanende Bearbeitung entsprechend aufwendig ist.

Durch die EP 24890 A1 ist ferner ein Ventilsitzring bekannt, in dessen Dicht­ flächenbereich in eine dort eingearbeitete, scheibenförmige Vertiefung eine Beschichtung oder ein Einsatz aus Stellit oder Hartmetall eingebracht ist. Die Fertigung eines derartigen, in üblicher Weise in den Zylinderkopf einge­ pressten Ventilsitzringes ist ebenfalls aufwändig und kostenintensiv.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, einen Ventilsitzring der gattungsge­ mäßen Art vorzuschlagen, der einfach herstellbar und verarbeitbar ist und der trotzdem eine dauerhafte, zuverlässige Abdichtung gewährleistet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den weiteren Ansprüchen entnehmbar.

Erfindungsgemäß ist der Ventilsitzring in baulich einfacher Weise nach Art einer Tellerfeder ausgeführt und bildet nur einen Teil der Gesamtdichtfläche des Ventilsitzes des Zylinderkopfes. Der Ventilsitzring - der bevorzugt aus einer Beryllium-Bronze bestehen kann - wirkt als eine Dichtbarriere im Ge­ samtsystem, bei hervorragender Wärmeableitung und einfacher Bearbeitbar­ keit. Ggf. kann bspw. mittels eines Lasers ein Aufschmelzlegieren zwischen dem Zylinderkopf-Basismaterial und dem Ventilsitzring durchgeführt werden.

In einer bevorzugten Weiterbildung des Ventilsitzringes bildet dieser mit sei­ ner inneren Umfangsfläche nur einen ringförmigen Abschnitt der Gesamt­ dichtfläche, die dementsprechend zwischen 30% und 70% aus dem Zylin­ derkopfmaterial besteht. Daraus resultiert eine hervorragende Wärmeablei­ tung für das Hubventil und eine weitgehende, umfassende Einbettung des Ventilsitzringes in den Zylinderkopf.

Ferner wird ein hinsichtlich der Konfiguration einfacher Ventilsitzring vorge­ schlagen, dessen eine Ringfläche, bevorzugt jedoch beide Ringflächen, mit einer porösen Hartschicht überzogen sind. Die Hartschichten können gemäß den Ansprüchen 8-11 ausgeführt sein, z. B. gemäß Anspruch 8 mit einer thermisch aufgespritzten, porösen Hartmetallschicht. Diese an der Dichtflä­ che des Ventilsitzringes endenden Hartschichten bilden kreisförmige, extrem verschleißfeste Barrieren, die die Verschleißfestigkeit des Ventilsitzringes sicherstellen, obwohl eine gute Bearbeitbarkeit des Ventilsitzringes erhalten bleibt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im Folgenden mit weiteren Einzel­ heiten näher erläutert. Die anliegende schematische Zeichnung zeigt in

Fig. 1 einen Schnitt entlang der Ventilachse durch einen in einen Zylinder­ kopf einer Brennkraftmaschine eingegossenen Ventilsitzring, und

Fig. 2 eine Einzelheit Z der Fig. 1.

Die Fig. 1 zeigt einen Abschnitt eines Zylinderkopfes 10 einer Hubkol­ ben-Brennkraftmaschine mit einem Gas-Auslasskanal 12, der von einem nicht dargestellten, in einer Ventilachse 14 angeordneten Hubventil gesteuert wird. Das Hubventil wirkt dabei mit einem im Zylinderkopf 10 symmetrisch zur Ventilachse 14 vorgesehenen Ventilsitzring 16 zusammen.

Der Ventilsitzring 16 besteht aus einem hochlegierten Stahl und ist in einer Stärke von 1,2 mm ähnlich einer Tellerfeder gestaltet. Die Ringflächen 18, 20 des Ventilsitzringes 16 sind in einer Stärke von je 0,25 mm mit einer durch Plasmaspritzen thermisch aufgebrachten Hartstoffschicht 22, 24 aus Al₂O₃ versehen. Um den Außenumfang des Ventilsitzring 16 sind mit Hinterschnei­ dungen versehene Verankerungen 26 angeformt.

Der Ventilsitzring 16 wird beim Gießen des Zylinderkopfes 10 aus einer Alu­ minium-Leichtmetall-Legierung wie in der Fig. 1 ersichtlich mit eingegossen, wobei der Winkel α des Ventilsitzringes 16 zur Ventilachse (14) 45° beträgt.

Nach der spanabhebenden Bearbeitung der mit dem Hubventil zusammen­ wirkenden ringförmigen Dichtfläche 28 setzt sich diese zusammen aus einer mittleren Spur 30 (vgl. Fig. 2) aus dem hochlegiertem Stahl des Ventilsitz­ ringes 16, aus den beiden angrenzenden, eine Dichtbarriere bildenden Spu­ ren 32, 34 aus der aufgebrachten Hartstoffschicht 22, 24 und aus den beiden äußeren Spuren 36, 38 aus dem Grundmaterial des Zylinderkopfes 10. Der Flächenanteil des Ventilsitzringes 16 bzw. der Spuren 30, 32, 34 beträgt etwa 50% des Gesamtdichtflächenanteiles.

Die Erfindung ist nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt. So können anstelle der Aluminiumoxid-Beschichtung auch andere thermisch aufgebrachte Beschichtungen aus Metall oder Keramik verwendet sein. Fer­ ner können aufgedampfte Härteschichten nach dem PVD- oder CVD-Verfahren, z. B. aus Titannitrid, aufgebracht sein. Des Weiteren können galvanisch aufgebrachte Hartschichten (z. B. Nickeldispersionen) oder Tauchbeschichtungen (Alitierungen) oder Nitrierungen verwendet werden. Die Ventilsitzringe können aus austenitischem Stahl oder aus NE-Metallen wie Beryllium-Bronze hergestellt sein. Schließlich kann der Ventilsitzring in an sich bekannter Weise zu dessen Positionierung in der Gießform mit ent­ sprechenden Nasen oder Vorsprüngen versehen sein, die nach dem Eingie­ ßen bei der spanenden Bearbeitung der Ventilsitzfläche abgearbeitet wer­ den.

Anstelle eines beschichteten Ventilsitzringes kann auch ein Ventilsitzring aus einer Beryllium-Bronze verwendet werden, der als Dichtbarriere in der Ge­ samtdichtfläche 28 wirkt. Dabei kann durch Aufschmelzlegieren auch der übrige Ventilsitzbereich mit verfestigt werden.

Claims (11)

1. Ventilsitzring für ein Hubventil in einem Zylinderkopf einer Brennkraft­ maschine, der aus verschleißfestem Metall hergestellt ist und bei im we­ sentlichen ringförmiger Gestaltung in den Zylinderkopf (10) eingießbar ist, wobei seine Innenumfangsfläche (30, 32, 34) als Dichtfläche ausge­ bildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitzring (16) nach Art einer Tellerfeder ausgebildet ist und seine Dichtfläche (30, 32, 34) nur ei­ nen Teil der Gesamtdichtfläche (28) des Ventilsitzes im Zylinderkopf (10) einnimmt.

2. Ventilsitzring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er mit einer Materialstärke zwischen 0,3 und 3 mm, vorzugsweise ca. 1,2 mm, hergestellt ist.

3. Ventilsitzring nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sein Konuswinkel (α) zwischen 30° und 60°, vorzugsweise ca. 45° be­ trägt.

4. Ventilsitzring nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass seine Dichtfläche (30, 32, 34) 30% bis 70% der Gesamtdichtfläche (28) des Ventilsitzes einnimmt.

5. Ventilsitzring nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, dass er aus einer Beryllium-Bronze hergestellt ist.

6. Ventilsitzring nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich­ net, dass er im Dichtflächenbereich durch Aufschmelzen mit einer Ener­ giequelle aufschmelzlegiert ist.

7. Ventilsitzring nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeich­ net, dass zumindest dessen der Brennraumseite des Zylinderkopfes zu­ gewandte Ringfläche (20) mit einer Härteschicht (24) versehen ist.

8. Ventilsitzring nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Här­ teschicht (22, 24) thermisch gespritzte Metall- und/oder Keramiklegierun­ gen sind.

9. Ventilsitzring nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Här­ teschicht aus PVD (physikalische Gasphasen-Abscheidung)- oder CVD (chemische Gasphasen-Abscheidung)-Schichten besteht.

10. Ventilsitzring nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Här­ teschicht durch galvanisch aufgebrachte Hartschichten gebildet ist.

11. Ventilsitzring nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Här­ teschicht durch Tauchbeschichten gebildet ist.