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Ventilsitzring für Brennkraftmaschinen Die Erfindung bezieht sich
auf einen Ventilsitzring mit kegelförmigem Mantel für Bnennkraftmaschinen, welcher
von :oben :aus in den aus Leichtmetalloder Bronze bestehenden Sitz; z. B. in den
Zylinderkopf eingepreßt wird.
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Bei den bisher bekannten Ausführungen hat man den Einbau der Ventilsitzringe
in der Weise vollzogen, daß man die Ventilsitzringe an ihren äußeren Mantelflächen
zylindrisch ausbildete und zur Erzielung eines sicheren Sitzes die Wärmedehnung
zu Hilfe nahm. Weiterhin war :es bekannt, die Ventil.-sitzringe an ihrer äußeren
Mantelfläche mit einigen wenigen in Nuten einspringenden Bunden zu versehen und
dieselben in die hinterschnittenen Ventilsitze einzupressen. Bedingt die ersterwähnte
Ausführungsform :eine äußerst genaue und damit verteuerte Herstellung der entsprechenden
Teile, so bringt die zweite Ausführungsart den Nachteil: ein, daß der Einbau des
Ventilsitzes nur umständlich und in zeitraubender Weise vorgenommen werden kann
und überdies infolge der wenigen vorhandenen Bunde im angestrengten Dauerbetrieb
der Brennkraftmaschine selbst bei sorgfältigster Herstellung ein Lockerwerden des
Ventilsitzes nicht zu vermeiden ist.
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Das Neue der Erfindung schaltet diese Nachteile dadurch ,aus, daß
die ,äußere Mantel-Räche des Ventilsitzringes am ganzen Umfang mit kegeligen Längszähnen
mit im wesentlichen dreieck-oder trapezförmigem Querschnitt versehen ist. Bei der
erfindungsgemäßen Bauaxt kann die den Ventilsitzring aufnehmende Bohrung des Zylinderkopfes
rein zylindrisch ausgeführt werden, was (einen wesentlichen Vorteil bedeutet, nachdem
eine zylindrische Bohrung viel leichter und billiger herzustellen ist als eine kegelige
Bohrung. Wegen der werkstoffverdrängenden Wirkung der Zähne ist es möglich, vergleichsweise
große Abmaße anzuwenden, so daß die Herstellung ganz wesentlich verbilligt wird;
außerdem ergibt sich aber noch der besondere Vorteil, daß das Einziehen dieser Ventilsitzringe
durch
einfaches Einpressen ohne Anwendung einer Erwärmung oder Abkühlung erfolgen kann,
wobei diese dann, da das Einpressen unter überwiegend elastischer Werkstoffverdrängung
vor sich geht, wegen ihrer eigentümlichen kegeligen Ausbildung und wegen der durch
die Zähne bewirkten Klemmwirkung sicher festhalten. Dabei ist @es söhne weiteres
möglich, auch bei verhältnismäßig g r r Oßen Abmaßen die einander entsprechenden
Durchmesser des Ventilsitzringes bzw. des ihn aufnehmenden Teils so festzulegen,
daß der Werkstoff des letzteren in die von den Zähnen gebildeten Nuten nur so weit
eindringt, daß am Nutengrund roch ein freier Raum verbleibt. Dieser hat zur Folge,
daß ein erfindungsgemäßer Ventilsitzring auch im angestrengtesten Dauerbetrieb nicht
locker wird, da bei der dann wegen der hohen Erwärmung auftretenden starken Durchmesservergrößerung
der ihn umgebende Werkstoff in diese freien Räume unter elastischer Formänderung
eintreten und hieraus beim Abkühlen wieder zurückweichen kann, so daß bleibende
Formänderungen, sei es am Ventilsitzring oder an dem ihn tragenden Teil, ausgeschlossen
erscheinen.
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Die Längszähne besitzen entweder Dreieck-oder Trapezform; auf diese
Weise sind sie nicht nur leicht herstellbar, sondern sie wirken auch in weitestem
Maße werkstoffverdrängend, so daß sich ein besonders fester Sitz des Ringes ergibt.
Im gleichen Sinne -wirkt es, wenn die Höhe der Längszähne gegen die dem Zylinderinneren
zugewendete Stirnfläche bis annähernd auf Null abnimmt-; die Flanken der Zähne sitzen
dann in der Richtung des auf den Ventilsitzring einwirkenden Ventilschließdruckes
keilartig im umgebenden Werkstoff auf, -wobei die Festigkeit des Sitzes noch durch
die beim Einziehen erfolgende Kaltverformung des umgebenden Werkstoffes gesteigert
wird. Außerdem findet aber durch diese Ausbildung der Zähne auch ein Verschluß der
freien Räume am Nutengrund gegen das Zylinderinnere statt, so daß sich diese im
Laufe der Zeit nicht mit Verbrennungsrückständen füllen und dann das sich beim Betrieb
aus der Wärmedehnung ergebende Spiel stören können.
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Zum Zweck der Erleichterung des Einführens des Ventilsitzringes geht
dessen äußere Mantelfläche stark abgerundet bzw. abgeschrägt in die dem Zylinderinneren
abgesendete Stirnfläche über, so daß eine schneidende ,oder schabende Wirkung der
Zähne ausgeschaltet ist. Gleichzeitig wird aber auf diese Weise auf der Mantelfläche
des Ventilsitzringes vor den Zähnen ein freier Raum geschaffen, in dem sich fallweise
doch auftretende Späne und Verunreinigungen ablagern können, so daß durch diese
Maßnahme auch eine satte Auflage des Ventilsitzringes am Grund seines Sitzes gewährleistet
ist.
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Die Erfindung gibt ferner an, -wie die Formgebung der äußeren Mantelfläche
der Ventilsitzringe mittels werkstoffverdrängender Werkzeuge :erfolgt, und zwar
beispielsweise durch Rändeln. Die Ventilsitzringe können dann zylindrisch vorgedreht
werden, worauf durch Andrücken eines schrägstehenden Rändelrades nicht nur die Zahnbildung
auf der .äußeren Mantelfläche erfolgt, sondern durch den hierbei aufsteigenden Werkstaff
gleichzeitig auch .deren kegelige Gestaltung.
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Der Gegenstand der Erfindung ist in der Zeichnung beispielsmäßig erläutert,
und zwar zeigt Fig. i einen Längsschnitt durch einen Ventilsitzring und seinen Sitz,
Fig. z eine Draufsicht des Ventilsitzringes im Sinne des Pfeiles R, wogegen in den
Fig. 3 und q. die Herstellung des Ventilsitzringes veranschaulicht ist.
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Nach den Fig. i und 2 ist der Ventilsitzring i an seiner äußeren Mantelfläche
2 mit Längszähnen versehen, wobei es belanglos ist, ob die Spitze der kegeligen
:1laiiteltiäche a.uf der dem Zylinderinneren J zugewendet- ii Seite oder auf der
g2genüb:erliegenden Seite liegt. Die Zähne weisen Dreiecksform auf, so daß der Werkstoff
des den Ventilsitzring i tragenden Teils, etwa des Zylinderkopfes 3. beim Einpressen
leicht in die von den Zähnen gebildeten Nuten eindringen kann, ohne sie jedoch ganz
auszufüllen; am Grund ,4 der Nuten verbleibt dann, wie es in Fig. i durch gestrichelte
Linien angedeutet ist, ein freier Raum, in den der Werkstoff des Zylinderkopfes
3 bei einer starken Ausdehnung des Ventil.sitzringes i, -wie sie bei länger dauernden
hohen Beanspruchungen der Brennkraftmaschine auftritt, unter elastischer Formänderung
ausweichen kann. Die Tiefe der Zähne nimmt von der dem Zylinderinneren J abgewendeten
Stirnfläche 5 gegen die ihm zugewendete Stirnfläche 6 bis annähernd auf Null ab,
wodurch ein keilartiger Sitz des Ventilsitzringes im Sinne der Ventilschließkraft
erreicht und gleichzeitig auch der Al>-schlufa der freien Räume am Nutengrund bewirkt
-wird. Der Übergang i der Mantelfläche 2 in die dem Zylinderinner en J abgewendete
Stirnfläche 5 erfolgt stark abgeschrägt; vor den Zähnen bildet sich auf diese Weise
beim Einpressen ein freier Raum S, der fallweise auftretende Verunreinigungen aufnehmen
kann und so eine satte Auflage des Ventilsitzringes i am Grund 9 seines Sitzes sicherstellt.
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Nach Fig. 3, in der der Ventil.sitzring i' im vorgedrehten Zustand
dargestellt ist, weist
dessen äußere Mantelfläche 2 zylindrische
Gestalt auf ioder ist gar derart schlankkegelig, daß die Kegelspitze auf der dem
Ventilsitz gegenüberliegenden S:eibe'liegt.
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Entsprechend Fig. q. ,erfolgt die Formgebung der nach Fig.3 zylindrisch:
vorgedrehten äußeren Mantelfläche'mittelseines schräg angestellten Rändelrades i
o. Die Schrägstellung desselben bewirkt, daß der Werkstoff an der Stirnfläche 5@
stark aufsteigt, wogegen an der Stirnfläche 6, wo das Rändelrad i o den Ventilsitzring
nicht mehr berührt, eine Durchmesservergrößerung nicht stattfindet; derart wird
nicht nur die Bildung der Längszähne bewirkt, sondern`gleichzeitig auch die kegelige
Gestaltung der äußeren Mantelfläche 2.
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Die Erfindung gestattet noch eine Weiterbildung insofern, als die
äußere Mantelfläche des Ventilsitzringes auch zylindrisch abgesetzt ausgebildet
sein könnte, wobei sie an der dem Zylinderinneren abgewendeten Seite längs gezahnt
ist und dort einen größeren Außendurchmesser aufweist als an der diesem zugewendeten
Seite. Im ganzen gesehen ist die Form dieses Ventilsitzringes aber gleichfalls in
der geforderten Art kegelig, so daß diese Weiterbildung von der Erfindung miterfaßt
wird.
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Die Anwendung der Erfindung erstreckt sich in erster Linie auf das
Gebiet des Baues von Brennkraftmaschinen, wenn es auch möglich ist, sie sinngemäß
auf andere Gebiete, wie beispielsweise den Bau von ventilbetätigten Kolbenmaschinen
aller Artoder von Reglerventilen, zu übertragen. Die Art der verwendeten Werkstoffe
ist hierbei für das Wesen der Erfindung :ohne Belang, wenn man natürlich auch mit
Rücksicht auf die Herstellung für die Ventilsitzringe stets solche Stoffe wählen
wird, die in kaltem Zustande eine Verformung so weit zulassen, daß die Bildung der
Zähne in der geforderten Weise durch Rändeln, Prägen usw. möglich ist; gewiese Stahl-
und Bronzelegierungen gestatten dies ohne weiteres. Ausgeschlossen ist selbstverständlich
nicht die Verwendung von Ventilsitzringen, bei denen die Fertigung der Zähne mittels
spanabhebender Werkzeuge erfolgt, oder von solchen, bei denen die Längszähn schräg
angestellt sind, etwa nach Art einer steilen Schraubenlinie. Bezüglich des Werkstoffes
des den Veritilsitzring tragenden Teils herrscht völlig freie Wahl, da dieser die
aufzunehmenden elastischen Verformungen in jedem Falle zu ertrag g vermag. In besonders-
schwierigen Grenzfällen kann das Einziehen des Ventilsitzringes durch eine leichte
Abkühlung desselben oder durch eine geringe Erwärmung des i'Ln aufnehmenden Teils
erleichtert werden.