Gaswechselventil eines Verbrennungsmotors mit einem hohlen
Ventilteller
Die Erfindung betrifft ein Gaswechselventil eines Verbrennungsmotors mit einem hohlen Ventilteller nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei bekannten Gaswechselventilen dieser Art stehen die mit Kühlmedium beaufschlagten Hohlräume des Ventilschaftes einerseits und des Ventiltellers andererseits miteinander in Verbindung. Diese Verbindung ist funktionell von Nachteil, da das Kühlmedium beide Hohlräume lediglich bezüglich eines Teilvolumens ausfüllen soll, um bei Bewegung des Gaswechsel- ventiles in diesen Hohlräumen für eine gute Kühlwirkung sh'a- kern zu können. Ein solches Shakern ist selbstverständlich nur möglich, wenn das Kühlmedium zumindest bei Betrieb des Gaswechselventiles einen fluidfähigen Zustand besitzt. Hierfür reicht bereits eine freie Bewegbarkeit eines partikel- förmig vorliegenden Kühlmediums aus. Für die Erzielung einer optimalen Kühlwirkung ist ein bestimmter Füllgrad in den Hohlräumen notwendig. Bei einer Verbindung zwischen beiden Hohlräumen ist die Einhaltung jeweils eines bestimmten Füllgrades in beiden Hohlräumen nicht möglich, da das Kühlmedium
sich beliebig zwischen den beiden Hohlräumen verteilen kann, wobei es beispielsweise einen Hohlraum mehr und den anderen weniger als erwünscht ausfüllen kann. Die Verbindung zwischen beiden Hohlräumen besteht im Grunde lediglich zu dem Zweck einer einfachen Befüllung beider Hohlräume durch eine einzige, einfach ausgebildete Einfüllöffnung.
Eine solche einzige Einfüllöffnung kann beispielsweise bei dem gattungsgemäßen hohlen Ventilschaft an dem dem Ventil¬ teller abgewandten Ende bestehen. Ist in einem solchen Fall der hohle Ventilschaft an seinem dem Ventilteller zugewandten Ende mit dessen Hohlraum stirnseitig dicht mit dem Ventilteller verschweißt, besteht die Verbindung zwischen dem Hohlraum des Ventilschaftes und dem Hohlraum des Ventiltellers in einem einfachen Durchbruch in der Ventilschaftwand.
Darüber hinaus ist es aus DE 198 03 294 AI auch bereits bekannt, in dem dem Brennraum zugewandten Boden des Ventiltellers eine Öffnung in dessen Achse vorzusehen und dort den hohlen Ventilschaft mit seinem Hohlraum offen auslaufend im Öffnungsrandbereich zu verschweißen. In diesem Fall kann das Befüllen des Ventilschafthohlraumes von dieser Seite aus erfolgen. Die Öffnung an der Stirnseite des Ventiltellers wird nach erfolgter Befüllung durch ein eingeschweißtes Verschlußstück verschlossen.
Die Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, eine Gaswechselventil-Konstruktion zu schaffen, bei der die mit Kühlmedium teilbefüllten Hohlräume des Ventilschaftes und
des Ventiltellers voneinander getrennt sind, so dass während des Ventilbetriebes die beim Befüllen vorbestimmten Füllgrade exakt eingehalten bleiben.
Gelöst wird dieses Problem in erster Linie durch ein gattungsgemäßes Gaswechselventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Zweckmäßige und vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die Einfüllöffnungen für die Hohlräume des Ventilschaftes und des Ventiltellers in einen gemeinsamen Öffnungsbereich des Ventiltellers zu legen und die Separierung der beiden Hohlräume nach einem Befüllen mit einem Kühlmedium durch das Aufschweißen lediglich eines Verschlußstückes zu erreichen. Bei dem Einschweißen des Verschlußstückes wird gleichzeitig der Ventilschaft mit dem Boden des Ventiltellers verschweißt. Damit können bei Beibehaltung eines rationellen Herstellungsverfahrens für eine gute Kühlwirkung erforderliche, separate Hohlräume in Schaft und Teller geschaffen werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in der Zeichnung dargestellt.
In dieser zeigen
Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein aus einzelnen Elementen zusammengeschweißtes Gaswechselventil mit einem in der Länge abgebrochen dargestellten Ventilschaft,
Fig. 2 eine Draufsicht auf das Gaswechselventil nach Fig. 1 von unten,
Fig. 3 einen Schnitt durch den Ventilteller nach Linie III-III in Fig. 1,
Fig. 4, 5 eine Gaswechselventilausführung in dem Aufbau und der Darstellung nach Fig. 1, bei dem die Einfüllöffnung in den Hohlraum des Ventiltellers mit zusätzlichen Dichtmitteln verschlossen ist,
Fig. 6 ein Gaswechselventil mit einem Aufbau und in einer Darstellung nach Fig. 1, bei dem im fertigen Zustand die Einfüllöffnung in den Hohlraum des Ventiltellers durch einen verformten Endbereich des Ventilschaftes verschlossen ist,
Fig. 7 eine Ausführung des Gaswechselventiles in der Art und Darstellung nach Fig. 6, bei dem der für einen Verschluss der Einfüllöffnung in den Hohlraum des Ventiltellers verformte Ventilschaftendbereich durch Einsetzen eines speziell geformten Verschlußstückes bewirkt ist.
Alle dargestellten Gaswechselventile stellen sogenannte Leichtbauventile dar, die durch ein Verschweißen einzelner Bauelemente erzeugt werden. Konkret sind miteinander verschweißt ein Boden 1 eines Ventiltellers 2 mit einem Ventilkegelmantel 3 und einem den Ventilkegelmantel 3 vollständig durchdringenden, hohlen, rohrförmigen Ventilschaft 4. Dabei ist der Ventilkegelmantel 3 an seinen beiden Stirnseiten einerseits mit dem Boden 1 und andererseits mit dem Ventilschaft 4 verschweißt.
In dem Ventilteller 2 befindet sich zwischen Ventilschaft 4, Ventilkegelmantel 3 und Boden ein Ventilteller-Hohlraum 5. Der Ventilschaft 4 weist einen Ventilschafthohlraum 6 auf, der von dem Hohlraum 5 getrennt ist.
Bei allen gezeichneten Ausführungen des Gaswechselventiles ragt der Ventilschaft 4 in jeweils eine Öffnung 7 des Bodens des Ventiltellers 2 hinein. Die Öffnung 7 kann eine einfache Öffnung in einem flach ausgebildeten Boden 1 eines Ventiltellers 2 sein. Bei den gezeichneten Ausführungsformen liegen die Öffnungen 7 jeweils in einem aus dem Öffnungsrand •ausgeformten Kragen 8.
In ebenfalls sämtlichen Ausführungsformen besitzt das in den Kragen 8 der Öffnung 7 hineinragende Ende des Ventilschaftes 4 einen in die Schaftaußenwand eingeformten, in die jeweilige Öffnung 7 offen auslaufenden Schaftkanal 9. Diese Schaftkanäle 9 ermöglichen jeweils ein getrenntes Füllen der Hohlräume 5 und 6 in dem Ventilteller 2 bzw. Ventilschaft 4 mit
einem Kühlfluid wie beispielsweise mit flüssigem Natrium. Nach einem Befüllen der beiden Hohlräume 5 und 6 mit einem vorbestimmten Füllvolumen, das für ein Ermöglichen eines Shakerns des Kühlfluids in den Hohlräumen geringer als das jeweilige Hohlraumvolumen ist, erfolgt ein Verschließen der Ventiltelleröffnung 7 durch Einschweißen eines Verschlußstückes 10. In allen Ausführungsformen wird das Verschlußstück 10 derart eingeschweißt, dass eine gemeinsame Schweißverbindung zwischen dem Kragen 8, dem Ventilschaft 4 und dem Verschlußstück 10 gegeben ist. Von der gemeinsamen Verschweißung ausgenommen ist bei den Ausführungen nach den Fig. 1 bis 5 lediglich der von dem Ventilschaftkanal 9 nach radial innen eingezogene Wandbereich. Das Einziehen dieses Wandbereiches des Ventilschaftkanales 9 kann durch beispielsweise eine plastische Verformung des betreffenden Bereiches an dem Ventilschaft 4 vorgenommen werden. '
Bei den Ausführungen nach den Fig. 4 und 5 ist der Ventilschaftkanal 9 in seinem direkt an das jeweilige Verschlußstück 10 angrenzenden Bereich durch jeweils ein Dichtelement 11 bzw. 12 verschlossen. Durch diesen Verschluss ist zum einen eine erhöhte Trennsicherheit zwischen den beiden Hohlräumen 5 und 6 gegeben und zum anderen kann, wie bei der Ausführung nach Fig. 4 ersichtlich, die Schweißnaht 13 zwischen Verschlußstück 10 und Kragen 8 in das Dichtelement 11 eindringen. Dabei kann das Dichtelement 11 insbesondere mit den übrigen angrenzenden Teilen eine Schweißverbindung eingehen.
Bei den Ausführungen nach den Fig. 6 und 7 ist der hohle Ventilschaft 4 über seinen gesamten Umfang mit dem Rand des Kragens 8 sowie dem Verschlußstück 10 verschweißt. Um eine solche vollständige Verschweißung erreichen zu können, ist der bei den Ausführungen nach den Fig. 1 bis 5 nach radial innen abstehend auslaufende Endbereich des Ventilschaftkanales 9 nach abgeschlossenem Befüllen des Gaswechselventiles mit einem Kühlfluid plastisch in die gezeichnete Schweißposition gedrückt worden. Während dies bei der Ausführung nach Fig. 6 durch ein spezielles Drückwerkzeug erfolgt, übernimmt bei der Ausführung nach Fig. 7 ein speziell geformtes Verschlußstück 10 die Funktion eines solchen Drückwerkzeuges. Möglich wird dies dadurch, dass dieses spezielle Verschlußstück 10 in einem Umfangsteilbereich einen konischen Längenbereich besitzt, wodurch die radial nach innen ragende Begrenzungswand des Ventilschaftkanales 9 durch ein Einpressen des Verschlußstückes 10 nach radial außen verformt wird.
Im Rahmen der erfindungsgemäßen Lehre ist es grundsätzlich auch möglich, die Öffnung 7 in dem Boden 1 des Ventiltellers 2 exzentrisch zu dem Hohlraum des Ventilschaftes 4 vorzusehen, um auf diese Weise getrennte Einfüllöffnungen für die beiden Hohlräume 5 und 6 zu besitzen. Diese exzentrisch angeordneten Öffnungen können sodann in der vorstehend beschriebenen Weise mit einem Verschlußstück 10 durch Verschweißen verschlossen werden. Möglich ist es selbstverständlich auch, in dem Boden 1 des Ventiltellers 2 vollkommen getrennte Öffnungen zum Befüllen des Hohlraumes 6 des Ventilschaftes 4 und des Hohlraumes 5 innerhalb des Ventil-
tellers vorzusehen und diese Öffnungen sodann durch passgerecht vorgesehene Verschlußstücke mittels Schweißen zu verschließen.