DE695567C - Durch eine Quecksilberlegierung gekuehltes Ventil - Google Patents

Durch eine Quecksilberlegierung gekuehltes Ventil

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DE695567C
DE695567C DE1936W0099537 DEW0099537D DE695567C DE 695567 C DE695567 C DE 695567C DE 1936W0099537 DE1936W0099537 DE 1936W0099537 DE W0099537 D DEW0099537 D DE W0099537D DE 695567 C DE695567 C DE 695567C
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Application number
DE1936W0099537
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Eaton Corp
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Eaton Manufacturing Co
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01LCYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L3/00Lift-valve, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces; Parts or accessories thereof
    • F01L3/12Cooling of valves
    • F01L3/14Cooling of valves by means of a liquid or solid coolant, e.g. sodium, in a closed chamber in a valve

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Lubricants (AREA)

Description

  • Durch eine Quecksilberlegierung gekühltes Ventil-Die Erfindung betrifft ein durch eine Quecksilberlegierung gekühltes Ventil, insbesondere für Brennkraftmaschinen, oder einen ähnlichen hin und her gehendgn hohlen metallischen Bauteil.
  • Es ist bereits bekannt, Kalium, Lithium oder Natrium oder ;ein Gemenge (Legierungen) dieser Metalle zur Kühltmg von Ventilen zu benutzen. Diese Stoffe besitzen eine verhältnismäßig hohe Schmelztemperatur, so daß sie k. festem Zustand :eingefüllt werden müssen, während sie zu ihrer Wirksamkeit als Kühlflüssigkeit im Ventil im Betrieb hoch erhitzt werden müssen. Ferner wurde schon eine kleine Menge Quecksilber als Kühlmittel für ein hohles Velntil vorgeschlagen, wobei das Quecksilber im Betrieb am heißen Ventilkopf verdampft und längs des Ventilschaftes in der Kühlwirkung rund Wärmeübertragung kondensiert. Dabei ist zur Erhöhung der mechanischen Berührung des Quecksilbers mit dem Ventilschaft die Innenfläche der Ventilhöhlung mit einem Amalgam, zweck= mäßig Eisenamalgam, überzogen. Zur Leistungssteigerung seines Quecksilberdampfkessels wurde ,auch der Zusatz von i/4% Natrium oder Kalium zum Quecksilber angeregt. Gemäß der Erfindung enthält die Quecksilbierlegierung mehr ,als 3o Hundertteile eines Alkalimetalls, insbesondere Natrium, so daß sie vom Schmelzpunkt (bei :etwa 2¢° C) ab bis etwa rooo° C ,eine stabile Flüssigkeit, ;nur wenige Male schwerer als Wasser, ist. Hierdurch ist ,ein Kühlmittel geschaffen, das einen verhältnismäßig niedrigen Schmelzpunkt und einen sehr hohen Verdampfungspunkt besitzt und weiterhin .die Eigenschaft der Benetzung von Stahl und eines leichten Gewichtes -aufweist. Weiterhin läßt sich das Kühlmittel wegen seiInes niedrigen Schmelzpunktes leicht @n das Ventil einfüllen.
  • Die Erfindung ist bei Auspuffventilen und anderen Arbeitsteilen, wie z. B. Kolben, von Brennkr,aftmaschinen uAgl. oder bei einem sonstigen heißen Arbeitsteil, bei welchem eine wirksame, Wärmeüb,ertra-gung erwünscht ist, anwendbar: Dabei ist die das Kühlmittel enthaltende :geschlossene Kammer im Ventil oder Arbeitsteil teilweise mit einer Legierung aus Quecksilber -und Natrium gefüllt, bei welchem die Gqn"dchtsanteile vorzugsweise etwa 6o % Quecksilber und 4o % Natrium betragen. Die verwendete Menge ist so groß, daß sie ,annähernd 6o oder 70 Räumteile der ge= samten Kammer .des Ventils oder Arbeitsteils füllt. Die Wärme wird rasch von einem Abschnitt, z. B. vom Kopf des Ventils; zu einem anderen kühleren Abschnitt, z. B. Schaftteil.,-'.' durch den turbulenten .oder heftigen Umleü .. des Kühlmittels in. flüssigem Zustande üb41 tragen, wenn das Ventil oder der Arbeitsteil. rasch hin und her geht und dabei das Kühlmittel von deinem Ende der Kammer zum anderen schludert.
  • Quecksilber allein ist kein zufriedenstellendes Kühlmittel für Auslaßventile u. dgl. von Brennkraftmaschinen, welche bei hohen Temperaturen von mehreren hundert Grad Celsius arbeiten, da Quecksilber einen verhältnismäßig ;niedrigen Verdampftmgspunkt besitzt und hohe Drücke bei hohen Arbeitstemperaturen erzeugt. Fernerhin hat Quecksilber nicht die Eigenschaft, Eisen oder Stahl zu benetzen und daran zu,hafben. Ein anderer Nachbeil von Quecksilber ist sein ungewöhnlich hohes spezifisches Gewicht. Natrium allein arbeitet unter gewissen Bedingungen, wenn es als Kühlmittel verwendet wird, ganz zufriedenstellend, ist aber ,als Flüssigkeit ziemlich träge, schnva:erig zu behandeln und besitzt einen Schmelzpunkt, der ganz beträchtlich oberhalb der gewöhnlichen Zimmertemperaturen liegt.
  • Die Natrium-Quecksilber-Legierung der Erfindung ist .ein außerordentlich zufriedenstellendes Kühlmittel für die Verwendung bei Auspuffventilen u. dgl. von Brennkraftmaschinen. Sie besitzt den niedrigen Schmelzpunkt von ;etwa 2q.° C, der je hach dem verwendeten Quecksilberanteil verhältnismäßig gering schwankt, sowie einen sehr hohen Verdampfungspunkt weit oberhalb der manchmal bei :etwa 427 bis 87i° C liegenden Arbeitstemperatur der heißen Teile vorn Ventilen bei Brennkraftmaschinen. Daher ist ein sehr weiter Arbeitsbereich von etwa 2q.° C bis zu oberhalb 1o38° C möglich, so daß ein das Kühlmittel enthaltender Teil unter den Arbeitsbedingungen nicht durch entstehende innere hohe Drücke- gesprengt oder verformt wird. Schon bei sehr ;niedrigen Arbeitstemperaturen beginnt eine Wärmnefortleitung, da das Kühlmittel bei gewöhnlich warmen Zimmertemperaturen Beine Flüssigkeit ist und in dem geschlossenen Raum des Ventils einen Umlauf vom wärmeren zum kühleren Teil vollführt. Da die Legierung bei gewöhnlichen Temperaturen eine Flüssigkeit ist, kann sie leicht bei .der Füllung von Ventilen u. dgl. gehandhabt werden.
  • Diese Legierung ist schnellfließend und wirksam bei der Wärmeübertragung, von den heißen Abschnitten zu den kalten Abschnitten des Behälterteils arbeitend. Sie besitzt ferner die Fähigkeit, die Stahlfläche zu benetzen oder an ihr zu haften und arbeitet daher wirksam als Wärmeleiter in inniger Wärmeberührung mit den Wänden des Ven-Als- oder sonstigen Behälterteils.
  • '#e Legierung hat ferner ein verhältnis-#äßi bge niedriges spezifisches Gewicht und er-,höht daher nicht übermäßig das Gewicht des Ventils oder sonstigen sich rasch bewegenden Teils, bei welchem leichtes Gewicht erwünscht ist. Das spezifische Gewicht von Quecksilber ist zwar größer als 13, aber das Natrium ist leichter als Wasser, und die Verbindung, bei welcher etwa zehnmal so viel Natriumraumteile vorhanden sind ,als Quecksilber, schafft eine Flüssigkeit, die nur wenige Male schwerer .als Wasser ist. Das spezifische Gewicht ein-er Legierung, bei welcher 4.o Gewichtsprozent Natrium und 6o Gewichtsprozent Quecksilber vorhanden sind, liegt nur etwas über 2. Diese Legierung ist zwar etwas schwerer als die gleiche Menge Natrium allein, aber ein gefülltes Auspuffventil würde wenig schwerer sein als ein mit Natrium gefülltes Ventil.
  • Die Legierung ist eine stabile Flüssigkeit, deren Eigenschaften sich von denen seiner beiden. Bestandteile unterscheiden. Die Flüssigkeit zersefzt sich oder zerfällt nicht unter Arbeits- oder Betriebstemperaturen, so daß sie selbst und ihr Quecksilberbestandteil nicht abwechselnd verdampfen und kondensieren. Ferner kann sie von Zixmnertemperatur auf etwa 87"C oder 982°C erhitzt werden, ohne daß wesentliche innere Drücke erzeugt werden, die ein Ventil oder einen sonstigen Behälterteil verformen würden. Sie wird auch nicht davon be:einflußt, ,daß sie hohen T,emperaturen während- langer Zeit unterworfen ist. Ein die erwähnte Quecksilber-Natrium-Legierung enthaltendes Ventil wurde z. B. q.oo Stunden lang einer Temperatur von etwa 76o' C unterworfen, und es wurde dann festgestellt, .daß die ausgegossene Legierung im wesentlichen sich in gleichem Zustande befand wie zur Zeit der Einfüllung.
  • Die Legierung kann leicht gehandhabt werden. Die richtigen Mengen von gewöhnlichem Natrium und Quecksilber können in ein Gefäß gebracht werden, das mit Stickstoffgas überflutet werden kann. Das Gefäß kann dann auf etwa 93° C erwärmt werden, wobei sich Natrium und Quecksilber unter Entwicklung beträchtlicher Wärme verbinden. Das Ergebnis dieser Erwärmung ist die Bildung der gewünschten flüssigen Legierung mit einer gewissen Menge von Satz oder Schlacke, die leichtentfernt werden kann. Die flüssige Legierung kaain . dann mit Rohren unter Luftabschlüß ,abgezogen und in einen Behälter gebracht werden, aus welchem sie unmittelbar in die Ventile eingefüllt werden kann. Es ist selbstverständlich, daß die Stoffe bis zum Einbringen in das Gefäß für ihre Verbinduing sorgfältig verwahrt werden, das Natrium muß zur Verhinderung des Zerfalles, sich bis zum Verwendungszeitpunkt in einer' geeigneten Flüssigkeit, wie z. B. Petroleum, befinden. m Legierungen von Natrium und Quecksilber, in denen Natrium im wesentlichen in Anteilen über 500/0 oder weniger als 35% enthalten ist, ergeben kein zufriedenstellendes Kühlmittel. Wenn die Natriummenge nur etwa 2% des Gewichtes der Mischung beträgt, dann ist diese Mischung außerordentlich schwer und hat einen so niedrigen Verdampfungspunkt, daß bei einer Einfüllung bis etwa zur Hälfte der Ventilhöhlung bei etwa 815° Ceine Verformung eintritt und bei etwa 982° C eine Zerstörung des Ventils eintritt, wie durch Versuch festgestellt worden ist. Ist Natrium in Mengen 'von etwa 15 Gewichtsprozent vorhanden, dann liegt der Schmelzpunkt der Legierung weit .oberhalb 93° C, und ihr Gewicht liegt hoch. Bei einer Zusammensetzung der Legierung aus 40 bis 45 Gawichtshundertteilen Natrium. mit dem Rest Quecksilber liegt jedoch der Schmelzpunkt bei- etwa 24° C, wobei der gereue Schmelzpunkt eintspnechend dem verwendeten genauen Quecksilberanteil schwankt, während der Verdampfungspunkt sehr hoch ist. Dieser Schmelzpunkt ist für eine zufriedenstelllende Wirkung und Handhabung der Legierung tief genug, selbst wenn die Natriummenge 35 oder 5o Gewichtshundertteile beträgt. Wenn aber in der Legierung weniger .als etwa 35% oder mehr ,als 5o % Natrium @enthalten ist, dann erhöht sich der Schmelzpunkt des Gemisches ganz beträchtlich. Es wird daher vorgezogen, die Natriummenge annähernd im Bereich von 4o bis 45 % des Gesamtgewichtes ` zu halten, da :dieser Bereich eine sog. eutektische Verbindung ergibt, die einen sehr niedrigen Schmelzpunkt hat ,und auch über einen sehr `weiten Temperaturbereich, selbst bis zu Temperaturen über 1o38° C, stabil flüssig bleibt, ohne freies Quecksilber freizugeben, das im geschlossenen Hohlraum des Körpers, z. B. des Auspuffventils, Drücke exzeugen würde.
  • Obgleich Natrium vorzugsweise als Bestandteil der Quecksilberlegierung für den angegebenen Zweck verwendet wird, können doch .auch andere Metalle .der Alkalimexallgruppe, wie, z. B. Kalium oder Lithium, zusammen mit Quecksilber benutzt werden, um ein zufriedenstellendes Kühlmittel zu erhalten, wenn diese Stoffe mit Quecksilber in solchen Anteilen vereinigt werden, daß eine eutektische Legierung gebildet wird.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH: Durch eine Quecksilberlegierung gekühltes- Ventil, insbesondere für Brennkraftmaschinen, o. dgl. hin und her gehender hohler Metallteil, dadurch gekennzeichnet, daß die Quecksilberlegierung 35 Hundertteile oder mehr eines Alkalimetalls, insbesondere Natrium, enthält, die vom Schmelzpunkt (bei etwa 24° C) ab bis etwa zooo° C -eine stabile Flüssigkeit, nur wenige Male schwerer als Wasser, ist.
DE1936W0099537 1935-09-28 1936-09-25 Durch eine Quecksilberlegierung gekuehltes Ventil Expired DE695567C (de)

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DE (1) DE695567C (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1002567B (de) * 1951-05-02 1957-02-14 Innocenti Soc Generale Kuehlsystem fuer Zweizylinder-Kraftfahrzeugmotoren
US5769037A (en) * 1995-12-28 1998-06-23 Fuji Oozx, Inc. Hollow valve in an internal combustion engine

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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