EP3455468A1 - Gaswechselventil - Google Patents

Gaswechselventil

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EP3455468A1
EP3455468A1 EP16720876.8A EP16720876A EP3455468A1 EP 3455468 A1 EP3455468 A1 EP 3455468A1 EP 16720876 A EP16720876 A EP 16720876A EP 3455468 A1 EP3455468 A1 EP 3455468A1
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EP
European Patent Office
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valve
gas exchange
layer
nickel
exchange valve
Prior art date
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EP16720876.8A
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English (en)
French (fr)
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EP3455468B1 (de
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Andreas Dogar
Stephan Körner
Reinhard Rose
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Mahle International GmbH
Original Assignee
Mahle International GmbH
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L3/00—Lift-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
    • F01L3/02—Selecting particular materials for valve-members or valve-seats; Valve-members or valve-seats composed of two or more materials
    • F01L3/04—Coated valve members or valve-seats
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L2301/00—Using particular materials

Definitions

  • the present invention relates to a gas exchange valve of an internal combustion engine with a valve disk and a valve stem, according to the preamble of claim 1.
  • the invention also relates to a method and a
  • a side of the valve disk facing away from a combustion chamber of the internal combustion engine is provided with a catalytic coating and a surface of the valve stem adjoining the valve disk is provided with an antiadhesive coating.
  • gas exchange valves in internal combustion engines are exposed to high thermal and / or mechanical loads.
  • thermal loads for example due to oils, lubricants or other substances, also play a decisive role, since these can often have a negative effect on the corrosion resistance and thus the resistance to wear.
  • the present invention therefore deals with the problem of providing for a gas exchange valve of the generic type an improved or at least one alternative embodiment, which is characterized in particular by an increased wear resistance and increased corrosion resistance. This problem is inventively achieved by the subject matter of
  • the present invention is based on the general idea to provide a per se known gas exchange valve of an internal combustion engine with a valve disk and a valve stem, at least on the valve stem at least partially with a galvanically applied nickel-phosphorus layer whose
  • Phosphorus content is greater than 10 wt .-%, in particular between 1 1 and 13 wt .-% is. Due to the very high phosphorus content of> 10 wt .-%, a previously unavailable corrosion protection can be achieved. Surprisingly, such a nickel-phosphorus layer has also proved to be particularly effective against intergranular corrosion, hot gas and condensate corrosion. In order to enable such a high proportion of phosphorus, the galvanic liquid must be very well mixed during galvanic coating, so that sufficient phosphorus is present and the deposition of hydrogen which forms during coating of the valve contour, in particular in the region of the valve stem, does not hinder the deposition.
  • the nickel-phosphorus layer has a layer thickness of 8 ⁇ ⁇ dnp ⁇ 15 ⁇ on.
  • a layer thickness ensures on the one hand a high wear resistance and on the other hand a significantly increased
  • Corrosion protection for the gas exchange valve which in particular at a Use as an inlet or outlet valve is exposed not only high thermal and mechanical, but also high chemical loads.
  • a nickel strike layer is arranged as an adhesive layer between the gas exchange valve and the nickel-phosphorus layer, in particular to achieve improved adhesion and thus improved bonding of the nickel-phosphorus layer on a high-alloyed valve steel can.
  • Such a nickel strike layer usually has only a thickness of 1 to 2 ⁇ , but allows an extremely viable connection of the nickel-phosphorus layer with the gas exchange valve.
  • the nickel-phosphorus layer is at least partially covered with a chromium layer.
  • the chromium layer is merely purely optional provided and applied as a thin film and is usually tightly closed and crack-free. As a result, the corrosion resistance can be increased again.
  • Such an additional and only purely optional chromium layer is provided exclusively if it has to be feared that the wear resistance already improved by the nickel-phosphorus layer, in particular in the case of extreme deficient lubrication states, is insufficient.
  • a valve guide region of the valve stem is additionally coated with such a chromium layer, since the mechanical stresses occurring there are particularly high, in addition to the thermal and chemical stresses.
  • the chromium layer together with the nickel-phosphorus layer has a thickness of ⁇ 25 ⁇ on. This results in a coating that achieves the best solution in terms of function and cost.
  • the present invention is further based on the general idea of specifying a method for coating a gas exchange valve, in which first a nickel strike layer is applied galvanically at least in a valve guide region of the valve stem of the gas exchange valve to be coated.
  • This nickel strike layer serves as a bonding agent for a later to be applied in this area nickel-phosphorus layer having a phosphorus content of> 10 wt .-%, in particular with a phosphorus content between 1 1 and 13 wt .-%.
  • the nickel strike layer is formed as a thin layer and usually only 1 to 2 ⁇ thick. However, it causes an optimum connection of the corrosion resistance and the
  • the high phosphorus content of the nickel-phosphorus layer is responsible for the good corrosion protection and in particular against intercrystalline corrosion, hot gas and condensate corrosion.
  • the nickel-phosphorus layer can additionally be at least partially covered with a chromium layer. This is usually crack-free, thereby increasing the corrosion resistance, as well as the wear resistance in deficient lubrication conditions.
  • the present invention is further based on the general idea to provide a device for coating a gas exchange valve, which has a galvanic bath with a galvanic liquid and an anode and a cathode disposed therein.
  • the anode has a receptacle in which the gas exchange valve to be coated with a valve stem end can be added and centered in particular, wherein the anode additionally has a negative contour to a valve throat of the gas exchange valve and thereby is able to receive the gas exchange valve to be coated fixed in position in the anode.
  • a cathode is provided in the electroplating bath, which can be placed flat on the valve disk base and via which the same can be introduced into the gas exchange valve for coating. By contacting the valve disc bottom with the cathode is thus the
  • Gas exchange valve itself the actual cathode and the holder, which receives the gas exchange valve and the lattice-shaped area of the gas exchange valve to be coated, in particular the valve stem surrounds the anode. Both are electrodes, the anode is usually a so-called insoluble mixed metal oxide (MMO anode), which offers the advantage in the
  • Coating process does not dissolve and thus always guarantees a constant distance to the valve and thereby allows a uniform coating.
  • a mixing device such as a propeller or the like may be provided, which ensures that sufficient phosphorus is present and the hydrogen produced during coating and deposited on the valve contour does not hinder the deposition.
  • FIG. 1 is a view of an inventive gas exchange valve with a cut detail
  • Fig. 2 shows a device according to the invention for coating the
  • a gas exchange valve 1 according to the invention of an internal combustion engine, not shown otherwise, has a valve disk 2 and a valve stem 3.
  • the gas exchange valve 1 is usually designed as an inlet or outlet valve.
  • the gas exchange valve 1 at least on the valve stem 3 at least partially coated with a galvanically applied nickel-phosphorus layer 4 (see also the detailed illustration in Figure 1) whose phosphorus content> 10 wt .-% (weight percent) is.
  • the phosphorus content of the nickel-phosphorus layer 4 is even between 1 1 and 13 wt .-%.
  • the high phosphorus content is responsible for a good corrosion protection with the nickel-phosphorus layer 4 should protect against intercrystalline corrosion, hot gas and condensate corrosion in particular.
  • the nickel-phosphorus layer 4 has a layer thickness of 8 ⁇ ⁇ dNP ⁇ 5 ⁇ .
  • a nickel strike layer 5 may be provided between the gas exchange valve 1 and the nickel-phosphorus layer 4. This nickel strike layer 5 is only 1 to 2 ⁇ thick.
  • the nickel-phosphorus layer 4 may additionally be coated, at least in regions, with a chromium layer 6, which is applied as a thin layer and is usually designed to be leakproof and crack-free.
  • a chromium layer 6 is only purely optional provided that already increased
  • the chromium layer 6 together with the nickel-phosphorus layer 4 should have a thickness d ⁇ 25 ⁇ . Since an increased mechanical load occurs in the region 7 of a valve guide, which also requires increased resistance to wear and corrosion, it makes sense to apply the nickel-phosphorus layer 4 according to the invention and optionally additionally the chromium layer 6, in particular in this region 7.
  • the gas exchange valve 1 itself is made of a known high-alloy steel, for example X50CrMnNiNbN21 -9 (1.4882) steel, a
  • NiCr20TiAI (Nimonic 80A 2.4952) steel or a Nireva 3015 steel.
  • the device 8 has a galvanic 9 with a galvanic liquid 10 having an anode 1 1 arranged therein.
  • the anode 1 1 has a receptacle 12, in which the gas exchange valve 1 to be coated is accommodated with a valve stem end, and a negative contour 13, which is complementary to a valve throat 14 of the gas exchange valve 1 and thereby rests flat against this.
  • a cathode 15 which rests flat on the valve disc bottom of the valve disk 2 and via the current by means of a power source 16 in the gas exchange valve 1 can be introduced.
  • the gas exchange valve 1 is thus the actual cathode, via which current flows to the anode 11.
  • a mixing device 17 by means of which the
  • Electroplating liquid 10 is well mixed during the galvanic coating, so that always a sufficiently high phosphorus content for producing the nickel-phosphorus layer 4 can reach the surface of the valve stem 3. In addition, this is also an undesirable deposition of
  • the anode 1 1 is usually a mixed metal oxide (MMO) anode.
  • MMO mixed metal oxide
  • valve stem 3 but additionally at least the valve throat 14 are coated with the nickel-phosphorus layer 4 according to the invention and optionally additionally with the chromium layer 6 for improved wear and corrosion resistance.
  • nickel-phosphorus layer 4 according to the invention with its comparatively high phosphorus content of> 10% and the optional chromium layer 6, a particularly high resistance to wear and corrosion can be achieved, which could not be achieved with previously comparable coatings.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gaswechselventil (1) einer Brennkraftmaschine, mit einem Ventilteller (2) und einem Ventilschaft (3). Erfindungswesentlich ist dabei, dass zumindest am Ventilschaft (3) zumindest bereichsweise eine galvanisch aufgebrachte Nickel-Phosphor-Schicht (4) aufweist, deren Phosphoranteil größer als 10 Gew.-% ist, insbesondere zwischen 11 und 13 Gew.-% liegt. Hierdurch kann die Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit verbessert werden.

Description

Gaswechselventil
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gaswechselventil einer Brennkraftmaschine mit einem Ventilteller und einem Ventilschaft, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 . Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren sowie eine
Vorrichtung zum Beschichten eines solchen Gaswechselventils.
Aus der DE 103 58 729 A1 ist ein gattungsgemäßes Gaswechselventil einer Brennkraftmaschine mit einem Ventilteller und einem Ventilschaft bekannt.
Hierbei ist eine einem Brennraum der Brennkraftmaschine abgewandte Seite des Ventiltellers mit einer katalytischen Beschichtung und eine Oberfläche des an den Ventilteller angrenzenden Ventilschafts mit einer antiadhäsiven Beschichtung versehen. Hierdurch soll insbesondere eine übermäßige Verkokung des
Gaswechselventils im Betrieb verhindert werden.
Generell sind Gaswechselventile in Brennkraftmaschinen hohen thermischen und/oder mechanischen Belastungen ausgesetzt. Neben den thermischen Belastungen spielen auch chemische Belastungen, beispielsweise durch Öle, Schmiermittel oder andere Stoffe, eine entscheidende Rolle, da sich diese oftmals negativ auf die Korrosions- und damit die Verschleißbeständigkeit auswirken können.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für ein Gaswechselventil der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, welche sich insbesondere durch eine erhöhte Verschleißbeständigkeit und einen erhöhten Korrosionswiderstand auszeichnet. Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des
unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind
Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, ein an sich bekanntes Gaswechselventil einer Brennkraftmaschine mit einem Ventilteller und einem Ventilschaft, zumindest am Ventilschaft zumindest bereichsweise mit einer galvanisch aufgebrachten Nickel-Phosphor-Schicht zu versehen, deren
Phosphoranteil größer als 10 Gew.-% ist, insbesondere zwischen 1 1 und 13 Gew.-% liegt. Durch den sehr hohen Phosphorgehalt von > 10 Gew.-% kann ein bislang nicht erreichbarer Korrosionsschutz erzielt werden. Eine derartig ausgebildete Nickel-Phosphor-Schicht hat sich überraschenderweise auch besonders gut gegenüber interkristalliner Korrosion, Heißgas und Kondensat- Korrosion erwiesen. Um einen so hohen Phosphoranteil zu ermöglichen, muss beim galvanischen Beschichten zum einen die galvanische Flüssigkeit sehr gut durchmischt werden, damit genügend Phosphor vorhanden ist und nicht beim Beschichten entstehender und an der Ventilkontur, insbesondere im Bereich des Ventilschaftes sich ablagernder Wasserstoff die Abscheidung behindert. Zum anderen muss mit einer vergleichsweise geringen Stromdichte im Bereich von 3,5 - 4,5 A/dm2 beschichtet werden. In diesem Stromdichte Bereich wird der maximale Phosphorgehalt in der Ni-Schicht erzielt. Dadurch sind aber längere Beschichtungszeiten erforderlich. Durch die Verwendung beispielsweise einer Formanode kann dabei eine äußerst homogene und gleichmäßige
Schichtdickenverteilung erreicht werden.
Zweckmäßig weist die Nickel-Phosphor-Schicht eine Schichtdicke von 8 μιτι < dnp < 15 μιτι auf. Eine derartige Schichtdicke gewährleistet dabei einerseits eine hohe Verschleißbeständigkeit und andererseits einen deutlich erhöhten
Korrosionsschutz für das Gaswechselventil, welches insbesondere bei einem Einsatz als Einlass- oder Auslassventil nicht nur hohen thermischen und mechanischen, sondern auch hohen chemischen Belastungen ausgesetzt ist.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist zwischen dem Gaswechselventil und der Nickel-Phosphor-Schicht eine Nickel- Strike-Schicht als Haftschicht angeordnet, um insbesondere eine verbesserte Haftung und damit einen verbesserten Verbund der Nickel-Phosphor-Schicht auf einem hochlegierten Ventilstahl erreichen zu können. Eine solche Nickel-Strike- Schicht weist dabei üblicherweise lediglich eine Dicke von 1 bis 2 μιτι auf, ermöglicht jedoch eine äußerst tragfähige Verbindung der Nickel-Phosphor- Schicht mit dem Gaswechselventil.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist die Nickel-Phosphor-Schicht zumindest teilweise mit einer Chromschicht überdeckt. Die Chromschicht wird dabei lediglich rein optional vorgesehen und als Dünnschicht aufgetragen und ist üblicherweise dicht geschlossen und rissfrei. Hierdurch kann die Korrosionsbeständigkeit nochmals gesteigert werden. Eine derartige zusätzliche und lediglich rein optionale Chromschicht wird dabei ausschließlich dann vorgesehen, sofern befürchtet werden muss, dass die bereits von der Nickel-Phosphor-Schicht verbesserte Verschleißbeständigkeit, insbesondere bei extremen Mangelschmierzuständen, nicht ausreicht. Hierbei wird insbesondere ein Ventilführungsbereich des Ventilschaftes mit einer solchen Chromschicht zusätzlich beschichtet, da die dort auftretenden mechanischen Belastungen, zusätzlich zu den thermischen und chemischen Belastungen besonders hoch sind.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung weist die Chromschicht zusammen mit der Nickel-Phosphor-Schicht eine Dicke von < 25 μηη auf. Hierdurch wird eine Beschichtung erzielt, die in Bezug auf Funktion und Kosten die beste Lösung erzielt.
Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, ein Verfahren zum Beschichten eines Gaswechselventils anzugeben, bei welchem zunächst zumindest in einem Ventilführungsbereich des Ventilschaftes des zu beschichtenden Gaswechselventils eine Nickel-Strike-Schicht galvanisch aufgetragen wird. Diese Nickel-Strike-Schicht dient dabei als Haftvermittler für eine später in diesem Bereich aufzutragende Nickel-Phosphor-Schicht mit einem Phosphoranteil von > 10 Gew.-%, insbesondere mit einem Phosphoranteil zwischen 1 1 und 13 Gew.-%. Die Nickel-Strike-Schicht ist dabei als Dünnschicht ausgebildet und in der Regel nur 1 bis 2 μιτι dick. Sie bewirkt jedoch eine optimale Verbindung der den Korrosionswiderstand und den
Verschleißwiderstand erhöhenden Nickel-Phosphor-Schicht. Insbesondere der hohe Phosphorgehalt der Nickel-Phosphor-Schicht ist dabei verantwortlich für den guten Korrosionsschutz und wirkt insbesondere gegenüber interkristalliner Korrosion, Heißgas und Kondensat-Korrosion.
Um die Verschleißbeständigkeit und auch den Korrosionsschutz weiter erhöhen zu können, kann die Nickel-Phosphor-Schicht zusätzlich zumindest teilweise mit einer Chromschicht überdeckt werden. Diese ist üblicherweise rissfrei und erhöht dadurch den Korrosionswiderstand, ebenso wie den Verschleißwiderstand bei Mangelschmierzuständen.
Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, eine Vorrichtung zum Beschichten eines Gaswechselventils anzugeben, welche ein Galvanikbad mit einer galvanischen Flüssigkeit sowie einer darin angeordneten Anode und einer Kathode aufweist. Die Anode besitzt dabei eine Aufnahme, in welcher das zu beschichtende Gaswechselventil mit einem Ventilschaftende aufgenommen und insbesondere zentriert werden kann, wobei die Anode zusätzlich eine Negativkontur zu einer Ventilkehle des Gaswechselventils aufweist und dadurch in der Lage ist, das zu beschichtende Gaswechselventil lagefixiert in der Anode aufzunehmen. Zusätzlich ist in dem Galvanikbad eine Kathode vorgesehen, die flächig am Ventiltellerboden anlegbar, und über die Strom in das Gaswechselventil zum Beschichten desselben einleitbar ist. Durch die Kontaktierung des Ventiltellerbodens mit der Kathode ist somit das
Gaswechselventil selbst die eigentliche Kathode und die Halterung, die das Gaswechselventil aufnimmt und gitterförmig den zu beschichtenden Bereich des Gaswechselventils, insbesondere den Ventilschaft, umgibt, die Anode. Beides sind Elektroden, wobei die Anode in der Regel eine sogenannte unlösliche Mixed metal oxide (MMO-Anode) ist, die den Vorteil bietet, sich beim
Beschichtungsprozess nicht aufzulösen und somit immer einen gleichbleibenden Abstand zum Ventil garantiert und hierdurch eine gleichmäßige Beschichtung ermöglicht. Zur guten Durchmischung des Galvanikbades kann selbstverständlich auch noch eine Mischeinrichtung, beispielsweise ein Propeller oder ähnliches vorgesehen sein, die dafür sorgt, dass genügend Phosphor vorhanden ist und der beim Beschichten entstehende und an der Ventilkontur sich ablagernde Wasserstoff die Abscheidung nicht behindert.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen
Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
Dabei zeigen, jeweils schematisch,
Fig. 1 eine Ansicht auf ein erfindungsgemäßes Gaswechselventil mit einer geschnittenen Detaildarstellung,
Fig. 2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Beschichten des
Gaswechselventils.
Entsprechend der Figur 1 , weist ein erfindungsgemäßes Gaswechselventil 1 einer im Übrigen nicht gezeigten Brennkraftmaschine einen Ventilteller 2 sowie einen Ventilschaft 3 auf. Das Gaswechselventil 1 ist dabei üblicherweise als Einlass- oder Auslassventil ausgebildet. Um einen erhöhten Korrosions- und Verschleißwiderstand gegen die beim Betrieb der Brennkraftmaschine
auftretenden hohen thermischen, mechanischen und chemischen Belastungen schaffen zu können, ist das erfindungsgemäße Gaswechselventil 1 zumindest am Ventilschaft 3 zumindest bereichsweise mit einer galvanisch aufgebrachten Nickel-Phosphor-Schicht 4 (vgl. auch die Detaildarstellung in Figur 1 ) beschichtet, deren Phosphoranteil > 10 Gew.-% (Gewichtsprozent) ist. Idealerweise beträgt der Phosphorgehalt der Nickel-Phosphor-Schicht 4 sogar zwischen 1 1 und 13 Gew.-%. Der hohe Phosphorgehalt ist dabei verantwortlich für einen guten Korrosionsschutz wobei die Nickel-Phosphor-Schicht 4 insbesondere gegenüber interkristalliner Korrosion, Heißgas und Kondensat-Korrosion schützen soll. Üblicherweise besitzt die Nickel-Phosphor-Schicht 4 eine Schichtdicke von 8 μηη < dNP ^ 5 μηη. Um dabei einen möglichst optimalen Verbund mit dem
hochlegierten Stahl des Ventilschaftes 3 schaffen zu können, kann zwischen dem Gaswechselventil 1 und der Nickel-Phosphor-Schicht 4 eine Nickel-Strike-Schicht 5 vorgesehen sein. Diese Nickel-Strike-Schicht 5 ist dabei doch lediglich 1 bis 2 μιτι dick.
Um den Verschleißwiderstand und die Korrosionsbeständigkeit weiter steigern zu können, kann die Nickel-Phosphor-Schicht 4 zusätzlich zumindest bereichsweise mit einer Chromschicht 6 überzogen sein, die als Dünnschicht aufgetragen ist und üblicherweise dicht und rissfrei ausgeführt ist. Eine derartige Chromschicht 6 ist jedoch lediglich rein optional vorgesehen, sofern der bereits erhöhte
Verschleiß- und Korrosionswiderstand der Nickel-Phosphor-Schicht 4 nicht ausreichend sein sollte. Insgesamt sollte die Chromschicht 6 zusammen mit der Nickel-Phosphor-Schicht 4 eine Dicke d < 25 μιτι aufweisen. Da besonders im Bereich 7 einer Ventilführung eine erhöhte mechanische Belastung auftritt, die auch einen erhöhten Verschleiß- und Korrosionswiderstand erfordert, ist es sinnvoll, die erfindungsgemäße Nickel-Phosphor-Schicht 4 und optional zusätzlich die Chromschicht 6 besonders in diesem Bereich 7 aufzubringen.
Das Gaswechselventil 1 selbst ist aus einem bekannten hochlegierten Stahl ausgebildet, beispielsweise X50CrMnNiNbN21 -9 (1 .4882) Stahl, einem
NiCr20TiAI (Nimonic 80A 2.4952) Stahl oder einem Nireva 3015 Stahl.
Betrachtet man die Figur 2, so kann man hier eine Vorrichtung 8 zum
Beschichten des Gaswechselventils 1 erkennen, wobei die Vorrichtung 8 ein Galvanikbad 9 mit einer Galvanikflüssigkeit 10 mit einer darin angeordneten Anode 1 1 aufweist. Die Anode 1 1 besitz eine Aufnahme 12, in welcher das zu beschichtende Gaswechselventil 1 mit einem Ventilschaftende aufgenommen ist, sowie eine Negativkontur 13, welche komplementär zu einer Ventilkehle 14 des Gaswechselventils 1 ausgebildet ist und dadurch flächig an dieser anliegt.
Ebenfalls vorgesehen ist eine Kathode 15, die flächig am Ventiltellerboden des Ventiltellers 2 anliegt und über die Strom mittels einer Stromquelle 16 in das Gaswechselventil 1 einleitbar ist. In diesem Fall ist somit das Gaswechselventil 1 die eigentliche Kathode, über welche Strom zur Anode 1 1 fließt. Ebenfalls vorgesehen sein kann eine Mischeinrichtung 17, mittels welcher die
Galvanikflüssigkeit 10 während des galvanischen Beschichtens gut durchmischt wird, so dass ein stets ausreichend hoher Phosphoranteil zum Herstellen der Nickel-Phosphor-Schicht 4 an die Oberfläche des Ventilschaftes 3 gelangen kann. Zusätzlich wird hierdurch auch eine unerwünschte Ablagerung von
Wasserstoff verhindert, welche die Abscheidung von Phosphor behindern würde. Die Anode 1 1 ist dabei in der Regel eine Mixed metal oxide (MMO) Anode.
Selbstverständlich ist dabei denkbar, dass nicht nur der Ventilschaft 3, sondern zusätzlich zumindest die Ventilkehle 14 mit der erfindungsgemäßen Nickel- Phosphor-Schicht 4 und optional zusätzlich mit der Chromschicht 6 zur verbesserten Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit überzogen sind.
Mit der erfindungsgemäßen Nickel-Phosphor-Schicht 4 mit deren vergleichsweise hohem Phosphoranteil von > 10 % und der optionalen Chromschicht 6 kann eine besonders hohe Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit erreicht werden, die mit bislang vergleichbaren Beschichtungen nicht erreicht werden konnte.

Claims

Patentansprüche
1 . Gaswechselventil (1 ) einer Brenn kraftmasch ine, mit einem Ventilteller (2) und einem Ventilschaft (3),
dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest am Ventilschaft (3) zumindest bereichsweise eine galvanisch aufgebrachte Nickel-Phosphor-Schicht (4) aufweist, deren Phosphoranteil größer als 10 Gew.-% ist, insbesondere zwischen 1 1 und 13 Gew.-% liegt.
2. Gaswechselventil nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Nickel-Phosphor-Schicht (4) eine Schichtdicke von 8 μιτι < dnp ^ 15 μιτι aufweist.
3. Gaswechselventil nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen dem Gaswechselventil (1 ) und der Nickel-Phosphor-Schicht (4) eine Nickel-Strike-Schicht (5) als Haftschicht angeordnet ist.
4. Gaswechselventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Nickel-Phosphor-Schicht (4) zumindest teilweise von einer
Chromschicht (6) überdeckt ist.
5. Gaswechselventil nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die Chromschicht (6) zusammen mit der Nickel-Phosphor-Schicht (4) eine Dicke d < 25 μιτι aufweist.
6. Gaswechselventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Nickel-Phosphor-Schicht (4) ausschließlich im Bereich einer
Ventilführung (7) am Ventilschaft (3) aufgebracht ist.
7. Gaswechselventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Gaswechselventil (1 ) aus einem X50CrMnNiNbN21 -9 (1 .4882) Stahl, einem NiCr20TiAI (Nimonic 80A 2.4952) Stahl oder einem nireva 3015 Stahl ausgebildet ist.
8. Verfahren zum Beschichten eines Gaswechselventil (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
- zumindest im Bereich einer Ventilführung (7) des Ventilschaftes (2) eine Nickel-Strike-Schicht (5) galvanisch aufgetragen wird,
- zumindest im Bereich der Ventilführung (7) eine Nickel-Phosphor-Schicht (4) mit einem Phosphoranteil von größer als 10 Gew.-% galvanisch aufgetragen wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Nickel-Phosphor-Schicht (4) zumindest teilweise von einer
Chromschicht (6) überdeckt wird.
10. Vorrichtung zum Beschichten eines Gaswechselventils (1 ), mit einem Galvanikbad (9) mit einer darin angeordneten Anode (1 1 ) mit einer Aufnahme (12), in welcher das zu beschichtende Gaswechselventil (1 ) mit einem
Ventilschaftende aufgenommen ist, wobei die Anode (1 1 ) eine Negativkontur (13) zu einer Ventilkehle (14) des Gaswechselventils (1 ) aufweist, und mit einer Kathode (15), die flächig am Ventiltellerboden anlegbar und über die Strom in das Gaswechselventil (1 ) einleitbar ist.
EP16720876.8A 2016-05-09 2016-05-09 Gaswechselventil Revoked EP3455468B1 (de)

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