DE719802C - Ventilkoerper mit hohler Spindel und hohlem Tellerkopf fuer hohe Ventilbeschleunigungen und -verzoegerungen - Google Patents

Description

• Ventilkörper mit hohler Spindel und hohlem, Tellerkopf für hohe Ventilbeschleunigungen und -verzögerungen Im Brennkraftmaschinenbau, insbesondere beim Betriebe von Verpuffun gskammern, wie sie vorzugsweise .bei Verpuftungsbrennkraftturbinen Anwendung finden, tritt häufig .die Notwendigkeit auf, die Ventile zu kühlen, um thermische und dadurch auch `mechanische Überbeanspruchungen der Werkstoffe zu verhüten, aus denen .die Ventilkörper bestehen. Demgemäß müssen Spindel .und Tellerkopf derartiger ' Ventile hohl ausgeführt werden, um das Kühlmittel über die Hohlspindel in den Hohlraum des Tellerkopfes ein- und aus ihm wieder abführen zu können. Es erscheint nahehegend, einen derartigen Hohlkörper in einfachster `'eise mittels eines 'Gießverfahrens herzustellen. Derartige gegossene Ausführungen der Ventilkörper besitzen aber eine zu geringe Festigkeit, um den hohen Wärme- und Stoßbeanspruchungen, die auf den Ventilkörper zur Einwirkung kommen, widerstehen zu können. Demgemäß kommen nur Ausführungen in Betracht, bei denen die Hohlräume der Spindel und des Tellerkopfes durch rnechanische Bearbeitung des Rohlings erzeugt werden. Das kann in besonders einfacher Weise dadurch geschehen, daß Ventilspindel und Tellerkopf unabhängig voneinander hergestellt und nach der Innenbearbeitung miteinander verschraubt und/oder verschweißt werden. Es erfolgt also die Innenbearbeitung des Tellerkopfes durch eine Öffnung, die nachträglich durch die angesetzte Ventilspindel verschlossen wird. fit der Begründung jedoch, daß man hochbeanspruchte :Maschinenteile nach Möglichkeit nicht aus mehreren Teilen zusammensetzen soll, ist auch schon vorgeschlagen worden, bei hohlen Tellerventilen, die finit einer wärineaüsgleichenden Füllung versehen werden sollen und bei denen die Höhlung für die Füllung von der Tellerseite her beim Stauchen oder Schmieden des Tellers oder nachher durch spanabhehende Bearbeitungen gebildet und nach Anbringung der Füllung abgedeckt wird, am Teller einen ringförmigen Kranz. vorzuformen und diesen nach Anbringung der Füllung nach innen umzulegen und an seinem Schlußpunkt zu verschweißen. Diese Ventilausbildung hat bereits, wie man jetzt festzustellen vermag, den Vorteil, :d.aß die Verbindungsstell.e zwischen Ventilkopf und Ventilspindel i.n Fortfall kommt, die, wie zahlreiche Beobachtungen gezeigt haben, in .besonders erhöhtem Ausmaße Bruch- und Rißgefahren ausgesetzt ist, selbst wenn sie in sorgfältigster Weise und unter Ausnutzung aller Hilfsmittel der Technik hergestellt wird.
• Während nun eine derartige Anordnung geeignet ist, den im allgemeinen auftretenden Beanspruchungen auch im Dauerbetrieb zu widerstehen, hat die Verp,uffungskammertechnik zu Belastungsfällen Anlaß gegeben, bei denen die bekanntgewordenen Ventilkörp.erausbil:dungen nicht mehr ausreichen, um allen Beanspruchungen ohne WerIcstoffgefäh.rdung zu widerstehen. Ein derartiger Belastungsfall tritt beispielsweise an den Düsenventilen der Verpuffungskammern auf. Bei diesen Ventilen kommt es nämlich darauf an, in möglichst kurzen Zeitspannen einen Querschnitt freizugeben, der größer ist als der engste Querschnitt der dem Düsenventil zugeordneten Düse oder Düsen. Die hierzu erforderlichen, ungewöhnlich hohen Beschleunigungen verwirklicht man unter weitgehender Vereinfachung der Ventilsteuerung dadurch, daß der ,hohe Druck, unter dem odie Verbrennungsgase nach beendeter Verpuffung stehen, ,auf eine Einflußfläche des Ventils zur Einwirkung gebracht wird. Man erreicht auf diese Weise zwar die erforderlichen, in der Technik sonst unbekannten Ventilbeschleunigungen, muß es aber in Kauf nehmen, daß beim Wie.derabfangen der sich als Folge der Beschleunigungen einstellenden hohen Ventilkörpergeschwindi:gkeiten entsprechend starke Verzögerungen auftreten. Es hat sich dabei gezeigt, daß, dicht nur die bereits ob:enerwähuten Bruch- und Rißerscheinungen an der Verbin,dungsstelle zwischen Ventilkopf und Ventilspindel bei mehrteiliger Ausbildung des Ventiles auftreten, sondern daß auch die bekanntgewbrdene und obenerwähnte, :einteilige Ausbildung des Ventiles noch nicht ausreicht, um die auftretenden Beanspruchungen beherrschen zu können. Die auftretenden Bruch- und Rißerscheinungen sind dabei, wie eingehende Untersuchungen bewiesen ,haben, weniger auf die Wärme-und Stoßbeanspruchungen als darauf zurückzuführen, daß die belasteten Teile des Ventiles bei den hohen Beschleunigungen und Verzögerungen durch die Massenkräfte des Ventilkörpers und vor allem durch diejenigen des Kühlmittels unzulässig hoch belastet «-erden; Das trifft vorzugsweise für den Kolbenhoden zu, der durch die Massenkräfte des Kühlmittels periodisch und nach beiden Richtungen ständig starken Formänderungen unterworfen wird, so daß die Sehweißstelle nicht nur hohen Biegungsbeanspruchungen unterworfen wird, sondern auch sehr bald ermüdet.
• Ausgehend von diesen Erkenntnissen kennzeichnen sich erfindungsgemäß v orgeschlagene Ventilkörper mit hohler Spindel und hohlem Tellerkopf für hohe, vorzugsweise bei den Düsenventilen von Verpuffungskammern für Brennkraftturbinen auftretende Ventilbeschleunigungen und -verzögerungen, bei denen eine die Innenbearbeitung der Ventilhohlräume ermöglichende Üffnung des Tellerkopfbodens nach Durchführung der Innenbearbeitung ganz oder größtenteils durch Formänderungen mit dem Ventilkörper aus einem Stück bestehender Ventilkörperteile geschlossen ist, dadurch. daß :die Ventilspindel zum Hohlraum des Ventilkopfes zu rohrstutzenförmig verlängert ist, so daß ein Widerlager entsteht, an den der aus einem kragenartigen Ansatz des Ventilkopfrückens gebildete Ventiltellerboden anliegt, wobei der Raum zwischen Widerlagerstirnfläche und äußerer Tellerkopfbegrenzung durch die Mitte des V entiltellerbodens bildende Schweiße ausgefüllt sein kann. Dadurch, daß die so gekennzeichnete Ventilbauart eine Anlieftung der Schweißstelle an der rohrfäimigen, mit dem Ventilkörper ebenfalls aus einem Stück bestehenden Verlängerung der Spindel ermöglicht, dadurch,,das es sogargelin:gt, :die Schweißstelle völlig in dem Zwischenraum zwischen det Stirnfläche des Rohrstutzens und den Begrenzungsflächen des Ventiltellerbodens unterzubringen, ist das Auftreten von übergroßen Biegun.gsbeanspruchungen und Ermüdungserscheinungen völlig ausgeschlossen. womit der Erfolg, der durch die einteilige Ausbildung des Ventiles .an sich verwirklicht werden kann, nicht dadurch teilweise oder völlig aufgehoben wird, :daß Schweißstellen unter Beanspruchungen in Kauf genommen werden müssen, denen sie nicht ge@@achsen sind. Damit sind die Vorteile des erfindungsgemäß ausgebildeten Ventilkörpers jedoch noch nicht erschöpft. Denn nunmehr können Einbaurohre, die das Kühlmittel dem Ventilboden zuführen, bis an denselben Herangeführt und in unmittelbarer Nähe desselben abgestützt werden. Dadurch wird die Befestigung derartiger Kühlrohre weit zuverlässiger als sie bei Fehlen des Rohrstutzens durchgeführt werden könnte. Außerdem läßt sich die Führung des Kühlmittels so durchbilden, daß :das Kühlmittel gezwungen wird, die gesamten Kühlflächen des heißen Ventilbodens zu berühren:, so daß auch . auf diese Weise die Lebensdauer des Ventils vergrößert werden kann. Ersteres geschieht in besonders zweckmäßiger Weise .durch in dem rohrstutzenartigen Widerlager in der Nähe des Tellerkopfbodens vorgesehene Ausnehmungen, die in die Kühlmittelzuleitungen ausmünden, während, besondere Bohrungen im Ventilkörper den Ventilkopfhohlraum mit einer Kühlmittelableitung verbinden.
• Diie Zeichnung zeigt eine Ausführung des Erfindungsgedankens am Beispiel :des .gekühlten Düsenventils einer Verpuffungskammer bekannter Ausbildung für Verpuffungsbrennkraftturbinen.
• Abb. i stellt einen Längsschnitt durch den Ventiltellerkopf und der mit ihm aus .einem Stück bestehendenVentilspindel dar, während Abb. 2 in derselben Schnittdarstellung den Rohling vor Durchführung des Kümpelun:gsvorgangs veranschauhcht.
• Abb. 3 entspricht einer Stirnansicht auf ,den in Abb.2 .dargestellten Kopf des Rohlings.
• In allen Abbildungen bezeichnet i die -Ventilspindel, die bei 2 in den Rücken :des Tellerkopfes übergeht. An den Ventilkopfrücken des Rohlings setzt sich ein zylindrischer Ansatz 3 nach Art eines Kragens in einer Ausbildung an, .die es :ermöglicht, ihn durch :einenKümpelun.gsvorgang in die strichpunktiert eingezeichnete Lage zu bringen. Der Durchmesser des zylindrischen Kragenansatzes 3 ist dabei geringer als :der Durchmesser des ringartigen Ventilsitzes 4, der auch bei 4' vorgesehen sein kann, so daß der Außenrand 4, q' des Ventiltellerkopfes während,des Ausschmiedevorgan.gs kalt gehalten und seine Form beibehalten kann. Die .hohle Ventilspindel i ist bei 5 in der Richtung zum kragenartigen Ansatz 3, d. h. zu dem Hohlraum 6, den der Kragen nach dem Kümpelungsvorgang bildet, zu rohrstutzenartig verlängert, so daß -ein Widerlager entsteht, an dem -der aus dem kragenartigen Ansatz 3 des Ventilkopfrückens z gebildete Ventiltellerbod:en anliegt, wobei der Raum zwischen Wide-rlagerstirnfläche und Tellerkopfbodenbegrenzung durch die Mitte des Bodens bildende Schweiße ausgefüllt sein kann. Diesen Zustand veranschaulicht Abib. i, die den fertigen Ventilkörper nach .der Herstellung zeigt. Man erkennt den :durch die veränderte Formgebung .des Kragens 3 entstandenen Tellerkopfboden 7, dessen Mitte bei 8 durch Schweiße ausgefüllt .ist. Die Tenle7 und 8 stützen sich unmittelbar an dem Teil 5 ab, dessen dem Ventilkopfboden zugewandtes Ende durch Aufstauchun.g einen etwas größeren Durchmesser als in Abb. ?- angenommen hat. Die- rohrstutzenartige Verlängerung dient weiter zur Aufnahme eines Ringstücks 9, über :das das Innenrohr io gleichmitti.g zum Ventilkörper gehalten ist. Der Hohlraum des Innenrohrs io ist durch Bohrungen i r mit dem Hohl- und Kühlraum 6 des Ventiltellerkopfes verbunden. Weitere Bohrungen 1a verbindenden Raum 6 mit :dem Ringraum 13 zwischen Ventilspindelbohrung 14 und Innenrohr io. Das über Innenrohr io zugeführte Kühlmittel, von dem aus Teil 8 unmittelbar gekühlt wird, tritt .daher zunächst über :die Bohrungen i i in -:den Kühlraum 6, um von diesem über die Bohrungen 12 und den Ringraum 13 abgeführt zu werden.
• Die Zeichnung läßt also erkennen, daß -der Teil 5 die Teile 7 und 8 weitestgehend vor den Auswirkungen freier Massenkräfte schützt, so daß erfindungsgemäß ausgebildete Ventile bisher ohne :die geringsten Mängel im Dauerbetriebe denBeanspruchungen zuwiderstehen vermochten, denen sie beispielsweise als Düsenventile von Verpuffungskammern ausgesetzt sind.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Ventilkörper mit hohler Spindel und hohlem Tellerkopf für hohe, vorzugsweise bei den Düsenventilen von Verpuffungskammern für Brennkraftturbinen auftretende Ventilbeschleunigungen und -v erzögerungen, bei dem eine die Innenbearbeitung der Ventilhohlräume ermöglichende Öffnung des Tellerkopfbodens nach Durchführung der Innenbearbeitung ganz oder größtenteils durch Formänderungen mit dem Ventilkörper aus einem Stück bestehender Ventilkörperteile geschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilspindel zum Hohlraum des Ventilkopfes zu rohrstutzenförmig verlängert ist, so daß ein Widerlager entsteht, an dem der aus einem kragenartigen Ansatz des Ventilkopfrückens gebildete Ventiltellerboden anliegt, wobei der Raum zwischen Widerlagerstirnfläche und äußerer Tellerkopfbegrenzung durch die Mitte des Ventiltellerbodens bildende Schweiße ausgefüllt sein kann.
2. 2. Ventilkörper nach Anspruch i, gekennzeichnet durch in dem rohrstutzenartigen Widerlager in der Nähe des Tellerkopfbodens vorgesehene Ausnehmungen, die in eine Kühlmittelzuleitung ausmünden, während besondere Bohrungen im Ventilkörper den Ventilkopfhohlrauen mit einer Kühlmittelahleitung verbinden.
3. 3. Ventilkörper . nach einem der Ansprüche t und a, gekennzeichnet durch ein im rohrstutzenartigen Widerlager, zweckmäßig über die Schweißverbindung und ein Abstand haltendes Zwischenstück, gehaltenes Kühlrohr, dessen Hohlrauen als Kühlmittelzuführung ausgebildet ist, während der Zwischenraum zwischen Kühlrohr und Ventilschaft der Kühlinittelahfuhr dient.