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Ein- oder Auslaßventil für Brennkraftmaschinen Die Erfindung bezieht
sich auf ein für Brennkraftmaschinen bestimmtes Ein- und Auslaßventil mit Rippen
zwischen Ventilkopf und Ventilschaft. Sie bezweckt, die Festig-; keit und .die Kühlung
der Ventile und damit ihre Leistungsfähigkeit und Dauerhaftigkeit im Gebrauch zu
erhöhen. Im besonderen betrifft die Erfindung Auslaßventile mit im Gesenk hergestellten
Rippen, wenngleich sie auch bei Einlaßventilen dieser Art mit Vorteil anwendbar
ist.
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Es ist schon bekannt, -Rippen zwischen Ventilschaft und Ventilkopf
vorzusehen, praktisch verwendbare und vorteilhafte Anordnungen von Rippen sind jedoch
unbekannt.
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Man hat schon vorgeschlagen, eine rasche Drehbewegung der Ventile
durch die Strömung der Gase während des Betriebes des Motors mittels Rippen oder
unter einem gewöhnhchen Ventilkopf :eingekerbter Kanäle hervorzurufen.
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Bei der bekannten Einrichtung hatten aber die Rippen bzw. die Kanäle
eine sehr starke Neigung zur Ventilachse, um das größte Dreh-, inoment zu erhalten.
Die rasche Drehbewegung hatte zur Folge einerseits eine starke Abnutzung des Ventilrandes
und Sitzes .durch die Reibung und die sich absetzenden Kohlenteilchen und andererseits
eine Bruchgefahr der Ventilstange. Weiter war man gezwungen, die Metallfasern zu
schneiden, um die geneigten Kanäle herzustellen, und daher wurde die Wärmeübertragung
zwischen Kopf und Stange verschlechtert.
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Zahlreiche Rippen rufen eine die Leistung des Motors vermindernde
Abbremsung der Gase hervor; sie können nicht durch Schmieden im Gesenk, d. h. ohne
Unterbrechung der Metallfaser, gebildet werden, und daraus ergibt sich eine ungleichmäßige
Verteilung der Temperaturen am Randdes Kdpfes und eine Zerstörung der Abdichtung
der Sitzfläche.
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Man hat auch vorgeschlagen, unterhalb des Ventilkopfes Vorsprünge
und radial verlaufende Erhöhungen und Vertiefungen anzuordnen, um einen möglichst
dünnwandigen Kopf zu erhalten, der den Biegungsbeanspruchungen heftiger Explosionen
gewachsen ist. In dieser Anordnung waren sowohl die mechanische als auch die wärmeleitende
Verbindung zwischen Kopf und Stange ganz ungenügend.
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Das den Gegenstand der Erfindung bildende Eimaß- oder Auslaßventil
besitzt eine Form, die die vorgenannten Übelstände beseitigt. Diese Form drückt
sich in einer entsprechenden Verteilung und Unterteilung des Metalls in der Weise
aus, daß der Verbindungshals
zwischen Kopf und Schaft des Ventils
unter dem Gesichtspunkt hergestellt ist, zugleich eine bessere Abkühlung des Kopfes,
eine Erhöhung der mechanischen Widerstandsfähigkeit, gute Eignung für die Herstellung
durch Schmieden und die günstigste Gasströmung zu erhalten. Gemäß der Erfindung
entsteht eine solche Halsform dadurch, daß das Ein-oder Auslaßventil für Brennkraftmaschinen
mit Rippen zwischen Ventilkopf und Ventilschaft versehen ist, die so gestaltet sind,
daß mehrere, höchstens sechs, einstöckig im Gesenk hergestellte Rippen mit je einer
Flanke tangential oder nahezu tangential in die Außenfläche des Schaftes hinein
verlaufen, und daß der von der Flanke bzw. deren Sehne mit der zugehörigen Tangente
im Berührungspunkt an den Schaftquerschnittskreis gebildete Winkel die Größe von
i5° nicht überschreitet..
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An Hand der Zeichnungen wird dies an einem Ausführungsbeispiel für
ein Ventil gemäß der Erfindung nachstehend erläutert.
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Fig. i stellt einen axialen Schnitt eines gewöhnlichen Auslaßventils.
dar und b bt ,die Höhe der Temperatur an verschiedenen Stellen an.
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Fig. 2 zeigt einen Schnitt nach der Linie x-y der Fig. 3, wobei die
punktierte Linie einen Schnitt durch die Rippenanordnung nach der Linie :e'-y' der
Fig. 3 andeutet, Fig. 3 eine Seitenansicht eines Ventils, teilweise im Schnitt,
und Fig. d. den Verlauf der ausgerichteten, bei den Rippen des Ventils erzielten
Maserung. Bei dem in Fig. 2 und 3 gezeigten Ventil ist der Anschluß des Kopfes an
den Schaft nicht in der üblichen Weise als Rotationskörper, sondern durch eine Gesamtheit
von Rippen e gegeben, die in geringer gerader ,oder ungerader Anzahl, höchstens
sechs, virhanden sind und gemeinsam die Achse des Ventils als Hauptträgheitsachse
besitzen können. Die Kanten f, g dieser Rippen, die geradlinig oder gekrümmt sein
können, schließen den Teller c des Ventils unmittelbar an den Schaft a an. Der mittlere
Winkel, den eine durch die Rippenkante und parallel zur Drehachse des Schaftes gelegte
Ebene mit der Axialebene durch die eine Rippenflanke bildet, ist in Fig. 2 mit o,
g, z bezeichnet. Die andere Rippenflanke n ergibt sich annähernd, wenn man einen
Winkel der Größe von o, g, z an der Linie z nach der anderen Seite von g aus aufträgt.
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Im übrigen kann diese Flanke irgendeine ebene oder gekrümmte Oberflächenform
besitzen; sie schließt sich tangential oder nahezu tangential an den Schaft an,
um plötzliche Veränderungen der Krümmung der Oberfläche dieses Teils des Werkstücks
zu vermeiden. Der tangentiale Anschluß entspricht der folgenden Definition: Der
Winkel a, den die Tangente z: im Berührungspunkt mit dem Schaft mit einer von diesem
Punkt ausgehenden und die Rippenflanke tangierenden oder als Sehne über-°. brückenden
Linie h bildet, ist kleiner als 15 Auch der Winkel o, g, z liegt vorzugsweise
zwischen o bis i 5°.
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Die Rippen bilden vorzugsweise ein Stück mit der Hauptmasse des Ventils
und «-erden in einem Stück durch Prägen eines Rohlings im Gesenk auf einer gerippten
Matrize hergestellt. Auf diese Weise erreicht man die Stetigkeit des Faserverlaufs
des Metalls, und der Kopf wird so an den Schaft mittels stetiger Rippenfasern angeschlossen
(Fig. 4.). Der tangentiale Anschluß einer der Rippenflanken an den Schaft erleichtert
die Herstellung der Rippen durch Prägen beträchtlich.
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Der gerippte Kopf -des Ventils schafft folgende technischen Vorteile:
i. Vermöge ihrer durchlaufenden stetigen Faserstruktur bildet jede Rippe eine Versteifung,
deren ausgerichtete Fasern auf Zug und Druck beansprucht werden. Bei gleichem Gewicht
ist ein geripptes Ventil gemäß der Erfindung fester,. bei gleichem Widerstand ist
es leichter.
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2. Jede Rippe bildet eine unmittelbare Ableitung der Wärme von dem
sehr heißen Ventilsitz nach dem viel kälteren Schaft hin, ohne daß diese Leitung
durch den Mittelteil des Gesamtkörpers hindurchgehen muß, so daß sich eine starke
Kühlung des Ventils ergibt.
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3. Die Gase werden gewissermaßen mittels der Rippen durch Kanäle geleitet,
innerhalb welcher sie weniger abgeflachte und infolgedessen weniger beengte Durchlaßquerschnitte
vorfinden. Dies ist der Grund; aus dem, die Rippen in geringer Zahl vorhanden sein
sollen und die hTeigung der Rippen gering sein s-oli. Der zwischen jeder Rippe eingefaßte
Raum ist durch einen Oberflächenteil von durchweg konkavem Verlauf begrenzt, der
das Abströmen der Gase erleichtert und die Bandbildung, d. h. das Einzwängen der
Gase zwischen Ventil und Sitz, verringert. Hieraus ergibt sich eine mehr oder weniger
beträchtliche Verringerung des Auslaßgegendruckes und hieraus wiederum eine Erhöhung
des Wirkungsgrades der Brennkraftznaschine.
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:1. Der gerippte Hals verursacht bei sehr wenig zur Ventilachse geneigten
Rippen, die unter der Wirkung der umlaufenden Gase wie unmittelbar beaufschlagte
Schaufeln einer kleinen Turbine arbeiten, eine ,sehr langsame Drohung des Ventils
bei jedem Hub und veranlaßt infolgedessen eine einer RotationsflächQ folgende Temperatuxverteil!ung,
wobei die Isothermenflächen des Gesaintkörpers zugleich die Rotationsflächen in
bezug auf die
Drehachs; des Körpers sind. Diese Verteilung verhindert,
daß sich die Sitzfläche des Ventils verzieht, gewährleistet eine Abkühlung durch
den Sitz hindurch, erhält den ursprünglichen dichten Sitz und beseitigt somit die
Gefahr, daß die Sitzfläche angefressen wird, gewährleistet also einen besseren Wirkungsgrad
der Brennkraftmaschine.
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Schließlich ist noch festzustellen, daß die zwischen den Rippen gelegenen
Teile der Halsfläche auch eine Form besitzen können, die nicht eine Rotationsfläche
bildet, sondern irgendeine sich an die Rippen anschließende Fläche.