WO2005049981A1

WO2005049981A1 - Leichtbauventil

Info

Publication number: WO2005049981A1
Application number: PCT/EP2004/012653
Authority: WO
Inventors: Rudolf Reinhardt; Martin Schlegl; Holger Stark
Original assignee: Daimlerchrysler Ag
Priority date: 2003-11-19
Filing date: 2004-11-09
Publication date: 2005-06-02
Also published as: DE10354074A1; US20070266984A1; DE10354074B4

Abstract

Es wird ein Leichtbauventil (1), insbesondere für Brennkraftmaschinen, mit einem Ventilschaft (3), mit einem hohlen Ventilkegel (5) sowie mit einem den Ventilkegel (5) verschliessenden Ventilteller (7), wobei der Ventilteller (7) auf seiner dem Ventilkegel (5) zugewandten Flachseite mit einer Vertiefung (23) versehen ist. Das Leichtbauventil (1) zeichnet sich dadurch aus, dass der Ventilkegel (5) mit seinem durchmessergrösseren Endbereich in die Vertiefung (23) hineinragt.

Description

Leichtbauventil

Die Erfindung betrifft ein Leichtbauventil , insbesondere für Brennkraftmaschinen, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Leichtbauventile der hier angesprochenen Art sind bekannt (DE 198 04 053 AI) . Sie werden unter anderem als Ein- und Auslassventile für Verbrennungsmotoren eingesetzt und umfassen einen massiΛΛen oder hohlen, nur eine geringe Wandstärke aufweisenden Ventilschaft, einen trichter-/trompetenförmigen Ventilkegel sowie einen Ventilteller zum Verschließen des Ventilkegels, wobei der Ventilteller zum Zwecke der Gewichts- reduzierung auf seiner dem Ventilkegel zugewandten Flachseite mit einer Vertiefung versehen ist. Die Vertiefung ist von der Umfangsflache des Ventiltellers beabstandet, so dass randsei- tig eine ebene Ringfläche gebildet ist, an der der Ventilkegel mit seinem durchmessergrößeren Ende stirnseitig in Anlage gebracht ist. Ventilkegel und Ventilteller sind in ihrem An- bindungsbereich. miteinander verschweißt. Nachteilig bei dem bekannten Leicritbauventil ist, dass ein präzises, gegenseitiges Ausrichten der Einzelteile, insbesondere des Ventilkegels gegenüber dem Ventilteller, vor dem Fugeprozess nur mit hohem Aufwand realisierbar ist und spezielle Haltevorrichtungen erforderlich sind, die den Ventilteller und den Ventilteller während des Fügeprozesses lagegenau beieinander halten. Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Leichtbauventil der eingangs genannten Art zu schaffen, das diesen Nachteil nicht aufweist .

Zur Lösung der Aufgabe wird ein Leichtbauventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Dieses zeichnet sich dadurch aus, dass der Ventilkegel mit seinem durchmessergrößeren Endbereich in die Vertiefung hineinragt. Auf Grund dieser Ausgestaltung erfolgt in einfacher Weise eine exakte Ausrichtung von Ventilkegel und Ventilteller zueinander, ohne dass hierfür spezielle Vorrichtungen erforderlich sind. Weiterhin ist der Ventilteller durch den Eingriff des Ventilkegels in die Vertiefung gegen radiales Verschieben relativ gegenüber dem Ventilkegel gesichert. Vorteilhaft ist ferner, dass die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Anbindungsbereich mehr Möglichkeiten der Schweißnahtgestaltung als das bekannte Leichtbauventil bietet.

Gemäß einer ersten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Ventilkegel und der Ventilschaft als einstückiges Bauteil ausgebildet sind. Dabei kann der Ventilkegel am Ventilschaft durch auftulpen, das heißt durch aufweiten des hohlen Schaft- endes hergestellt sein. Nach einer zweiten Ausführungsform des Leichtbauventils ist der Ventilkegel ein separates Bauteil, das an seinem durchmesserkleineren Ende am Ventilschaft oder an einem am Ventilteller vorgesehenen, den Ventilkegel durchgreifenden Schaftverbindungsglied und an seinem durchmessergrößeren Ende am Ventilteller fixiert ist.

Der Durchmesser der Vertiefung und der Außendurchmesser des Ventilkegels an seinem durchmessergrößeren Ende können so aufeinander abgestimmt sein, dass beim Einbringen des Ventilkegels in die Vertiefung eine Kraftschlussverbindung zwischen diesen Teilen gebildet ist, wodurch diese unverrückbar und verliersicher miteinander verbunden sind. Dies vereinfacht das Handling dieser durch Einstecken des Ventilkegels in die Ventiltellervertiefung gebildeten Baugruppe während des nachfolgenden Fügeprozesses, also wenn Ventilkegel und Ventilteller stoffschlüssig miteinander verbunden werden, vorzugsweise verschweißt oder verlötet. Weitere Befestigungsmittel zum Verbinden des Ventiltellers und des Ventilschafts zum Zwecke der Vormontage sind nicht erforderlich.

Bei einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel des Leichtbauventils ist die Vertiefung im Ventilteller als Zentrier- und/oder Abstützsitz ausgebildet. Dabei ist die Vertiefung vorzugsweise so ausgebildet, dass beim Einführen des durchmessergrößeren Endbereichs des Ventilkegels eine gewünschte Ausrichtung des Ventilkegels relativ gegenüber dem Ventilteller erfolgt, so dass auf separate Zentriermittel verzichtet werden kann. Zusätzlich oder alternativ dient dabei die Vertiefung als Lagerstelle für den Ventilkegel .

Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der Ventilteller aus der intermetallischen Phase Titan- aluminid (TiAl) oder einer TiAl-Legierung durch Gießen hergestellt ist. Dieser Ventilteller weist ein nur geringes Gewicht auf und ist zudem extrem verschleißfest. Nach einer anderen AusführungsVariante ist vorgesehen, dass der Ventilteller aus Stahl, insbesondere Werkzeugstahl besteht und durch Schmieden hergestellt sind. Nach einer dritten Ausführungsva- riante wird der Ventilteller mittels eines Pulvermetallurgie- Herstellungsverfahren gefertigt, insbesondere aus einem Werkzeugstahl, welcher extrem verschleißfest ist.

Bezüglich der für den Ventilschaft und den Ventilteller verwendbaren Materialien wird auch auf die DE 100 29 299 C2 ver- wiesen, deren Inhalt bezüglich der eingesetzten Materialien Gegenstand dieser Beschreibung ist.

Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel des Leichtbauventils ist der Ventilkegel als Blechbauteil ausgebildet. Als Material findet beispielsweise unlegierter Baustahl, insbesondere St-52, oder niedrig legierter Stahl, insbesondere X10Crl3, Verwendung. Der Ventilkegel kann kostengünstig in einem Tiefziehverfahren hergestellt werden.

Weitere vorteilhafte Ausführungsbeispiele des Leichtbauventils ergeben sich aus Kombinationen der in der Beschreibung und in den Unteransprüchen genannten Merkmale .

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Ausschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels eines Leichtbauventils für Verbrennungsmotoren in perspektivischer und aufgebrochener Darstellung;

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung eines in Figur 1 dargestellten Ventilkegels;

Fig. 3 in perspektivischer und aufgebrochener Darstellung einen Ausschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Ventiltellers;

Fig. 4 einen Ausschnitt eines dritten Ausführungsbeispiels des Leichtbauventils in perspektivischer und aufgebrochener Darstellung und

Fig. 5 einen Ausschnitt eines vierten Ausführungsbei- spiels des Leichtbauventils in Schnittdarstellung. Figur 1 zeigt einen Teil eines ersten Ausführungsbeispiels eines mehrteilig ausgebildeten Leichtbauventils 1 für Verbrennungsmotoren. Dieses kann als thermisch weniger belastetes Einlassventil oder als thermisch höher belastetes Auslassventil eingesetzt werden, wobei das Material der einzelnen Teile in Abhängigkeit der Verwendung des Leichtbauventils 1 entsprechend gewählt wird.

Das um seine Längsmittelachse 2 rotationssymmetrische Leichbauventil 1 umfasst einen hier aus Vollmaterial bestehenden Ventilschaft 3, einen hohlen Ventilkegel 5 sowie einen den Ventilkegel 5 verschließenden Ventilteller 7.

Der einen kreisförmigen Querschnitt aufweisende Ventilschaft 3 weist einen durchmessergrößeren Längsabschnitt 9 auf, an den sich ein durchmesserkleinerer Längsabschnitt 11 anschließt, wodurch an der Ventilschaft-Außenumfangsfläche 13 eine umlaufende, ringförmige Anlageschulter 15 gebildet ist. Alternativ kann der Ventilschaft 3 aus Gründen der Gewichts- reduzierung auch einen Hohlraum aufweisen. Der Ventilschaft 3 kann beispielsweise von einem präzisionsgezogenen Rohr aus Stahl, beispielsweise X45, gebildet sein, das an seinem nicht dargestellten Ende mittels eines Ventilschaftendstücks/-fußes verschlossen. Der Ventilschaft 3 weist an seinem in Figur 1 erkennbaren Ende eine plane Stirnfläche 17 auf.

Der in den Figuren 1 und 2 dargestellte Ventilkegel 5 ist von einem separaten Blechteil gebildet und weist eine nur geringe Wandstärke auf. Der einstückige Ventilkegel 5 weist einen Grundkörper in Form einer Tellerfeder auf, an dessen durchmesserkleineren Ende ein kragenförmiger Führungs- und Zentrierabschnitt 19 angeformt ist, welcher von einer Durchgangsöffnung 21 durchdrungen ist, durch die der Ventilschaft 3 im zusammengefügten Zustand hindurchgreift. Der Durchmesser der Durchgangsöffnung 21 ist gleich groß wie oder größer als der Außendurchmesser des Ventilschafts 3, so dass dieser die Durchgangsöffnung 21 entweder mit Spiel durchgreift oder eine Kraftschlussverbindung zwischen Ventilschaft 3 und Ventilkegel 5 gebildet ist. Beim Aufstecken des Ventilkegels 5 auf den Ventilschaft 3 erfolgt auf Grund des Führungs- und Zentrierabschnitts 19 selbsttätig eine Ausrichtung/Zentrierung dieser Teile zueinander.

Der Ventilteller 7 ist auf seiner dem Ventilschaft 3 zugewandten Flachseite mit einer als Lagerstelle/-sitz für den Ventilkegel 5 dienende Vertiefung 23 versehen, in die der Ventilkegel 5 mit seinem durchmessergrößeren Ende hineinragt. Die Vertiefung 23 weist in Draufsicht gesehen einen kreisrunden Querschnitt auf. Die Vertiefung 23 ist dabei so ausgebildet, dass der Übergang zwischen Ventilteller 7 und Ventilkegel 5 in deren Anbindungsbereich stufenlos ist. Mittels des Ventiltellers 7 wird der Hohlraum des Ventilkegels 5 verschlossen. Bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbei- spiel ist der Boden der Vertiefung 23 eben ausgebildet. Die Seitenwand 25 der Vertiefung 23 verläuft senkrecht zum Boden der Vertiefung 23. Der Durchmesser der Vertiefung 23 und der Außendurchmesser des Ventilkegels 5 an seinem durchmessergrößeren Ende sind gleich groß beziehungsweise in etwa gleich groß.

Wie aus Figur 1 ersichtlich, befindet sich die durchmessergrößere Stirnfläche 27 des Ventilkegels 5 in Gegenüberlage mit der Vertiefungsseitenwand 25, ist also vollständig in der Vertiefung 23 angeordnet. Der Ventilkegel 5 ist mit seinem durchmessergrößeren Ende soweit in die Vertiefung 23 eingeführt, bis er am Boden der Vertiefung 23 anstößt. Es ist daher in einfacher Weise eine reproduzierbare Anordnung des Ventilkegels 5 gegenüber dem Ventilteller 7 realisiert. Der Ventilteller 7 ist scheibenförmig ausgebildet und weist einen ersten, zylindrischen Längsabschnitt 29 mit gleichbleibendem Querschnitt und einen sich daran anschließenden, kegligen zweiten Längsabschnitt 31A sowie einen sich daran anschließenden, kegligen dritten Längsabschnitt 31B auf, wobei der Kegelwinkel des dritten Längsabschnitts 31B gleich groß wie der Kegelwinkel des Ventilkegels 5 an seinem durchmessergrößeren Ende ist, wodurch ein stufenloser Übergang im Anbindungsbereich zwischen diesen Teilen realisiert ist.

Im ordnungsgemäß zusammengefügten Zustand liegt die Stirnfläche 17 des Ventilschafts 3 flächig am Grund der Vertiefung 23 an, wie in Figur 1 dargestellt. Der Ventilteller 7 wird daher vom Ventilschaft 3 auf seiner dem Brennraum abgewandten Flachseite abgestützt, so dass eine optimale Einleitung der auf den Ventilteller 7 wirkenden Gaskräfte in den Ventil- schaff 3 gewährleistet werden kann, ohne dass es dabei zu unzulässig hohen Verformungen des Ventiltellers 7 und des Ventilkegels 5 kommt. Auf Grund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Leichtbauventils 1 kann sichergestellt werden, dass der Ventilkegel 5 im Betrieb des Leichtbauventils 1 annähernd kraftfrei ist, das heißt, dass -wenn überhaupt- nur sehr geringe Kräfte über den Ventilteller 7 in den Ventilkegel 5 eingeleitet werden. Der Ventilkegel 5 kann daher sehr dünnwandig ausgebildet sein, was vorteilhaft bei der Herstellung desselben ist und trägt darüber hinaus zur Verringerung des Gewichts des Leichtbauventils bei.

Der Ventilteller 7 und der Ventilschaft 3 werden mittels Stoffschluss unlösbar miteinander verbunden. Dies kann beispielsweise mittels Reib-, Strahl-, Schmelz- oder Kondensatorentladungsschweißen erfolgen. Zusätzlich oder alternativ kann der Ventilschaft 3 an seiner Stirnfläche 17 mit dem Ventilteller 7 verschweißt sein.

Vor oder nach dem stoffschlüssigen Verbinden von Ventilschaft 3 und Ventilteller 7 wird der Ventilkegel 5 auf den Ventilschaft 3 aufgeschoben und zwar soweit, bis dessen durchmessergrößerer Endbereich in die Vertiefung 23 eingreift. Der Ventilkegel 5 wird im Bereich des Führungs- und Zentrierabschnitts 9 mit dem Ventilschaft 3 und in dem im Bereich der Vertiefung 23 liegenden Anbindungsbereich mit dem Ventilteller 7 verschweißt und zwar vorzugsweise mittels eines Reib-, Strahl- oder Schmelzschweißverfahren.

Festzuhalten bleibt noch, dass der Ventilkegel 5 im Bereich seines Führungs- und Zentrierabschnitts 9 eine reduzierte Wandstärke aufweist, so dass eine nur schmale Anlageschulter 15 am Ventilschaft 3 ausreichend ist, um einen stufenlosen Übergang zwischen Ventilkegel und Ventilschaft zu realisieren.

Bei einem anderen, in den Figuren nicht dargestellte Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der Ventilschaft 3 im Anbindungsbereich des Ventilkegels 5, also an dessen durchmesserkleineren Endbereich, einen konstanten Querschnitt aufweist, wodurch von der Stirnfläche des Ventilkegels 5 eine umlaufende Randstufe gebildet ist, die jedoch auf Grund der reduzierten Wandstärke des Ventilkegels 5 nur eine geringe Breite aufweist. Die Beeinflussung der Brenngasführung im Bereich der Außenkontur des Ventilkegels 5 ist daher nur gering.

Das vorstehend anhand der Figuren 1 und 2 beschriebene Leichtbauventil 1 zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass seine Einzelteile sich in einfacher Weise durch zusam- menstecken miteinander verbinden beziehungsweise vorfixieren lassen und dass dabei auf Grund der konstruktiven Ausgestaltung der Einzelteile eine selbstständige Ausrichtung/ Zentrierung derselben zueinander erfolgt .

Die im Betrieb des Leichtbauventils 1 auf den Ventilteller 7 wirkenden Gaskräfte werden in vorteilhafter Weise über den mittig am Ventilteller 7 anliegenden Ventilschaft 3 abgestützt. Dabei kann sichergestellt werden, dass die auf den Ventilteller 7 wirkenden Gaskräfte nicht oder nur in unschädlichem Maße in den sehr dünnwandigen Ventilkegel 5 eingeleitet werden. Eine Verformung des Ventilkegels 5 kann daher mit Sicherheit ausgeschlossen werden.

Figur 3 zeigt einen Ausschnitt eines zweiten Ausführungsbei- spiels des Ventiltellers 7. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, so dass insofern auf die Beschreibung zu den Figuren 1 und 2 verwiesen wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind in der Vertiefung 23 drei Versteifungsrippen 33 vorgesehen, die in den Ventilteller 7 einformt sind. In der Darstellung gemäß Figur 3 sind lediglich die Versteifungsrippen 33A und 33B erkennbar. In Draufsicht auf die dem Ventilschaft 3 zugewandte Flachseite des Ventiltellers 7 gesehen, verlaufen die Versteifungsrippen 33 radial zur Längsmittelachse 2 des Leichtbauventils 1 und sind in einem Abstand von 120° voneinander angeordnet. Die Länge der vom Randbereich der Vertiefung 23 in Richtung Ventiltellermitte ausgehenden Versteifungsrippen 33 entspricht in etwa dem halben Radius des Ventiltellers 7. Wie aus Figur 3 ersichtlich, sind bei diesem Ausführungsbeispiel die Versteifungsrippen 33 als geradlinige Leisten ausgebildet, deren Höhe in Richtung der Ventiltellermitte hin zunimmt und deren Breite in Richtung der Ventiltellermitte hin abnimmt . Die Versteifungsrippen 33 sind komplementär mit der Innenwand des Ventilkegels 5 ausgebildet, so dass dieser im zusammengefügten Zustand des Leichtbauventils 1 mit seiner Innenwand auf der oberen Schmalseite 35 der Versteifungsrippen 33 flächig anliegt und somit von diesen abgestützt ist. Der Ventilkegel 5 und die Versteifungsrippen 33 können an ihrem Anlage- kontaktbereich miteinander verschweißt oder verlötet sein.

Wie aus Figur 3 ersichtlich, ist die Vertiefung 23 in ihrem Randbereich mit einer zur Abstützung beziehungsweise als Anlageschulter für den Ventilkegel 5 dienenden, umlaufenden Randstufe 37 versehen, die so ausgebildet ist, dass der Ventilkegel 5 auf seiner Innenseite am Boden der Randstufe 37 anliegt. Auch bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel des Leichtbauventils 1 ist eine derartige Randstufe 37 vorgesehen.

Der Ventilteller 7 mit den daran einstückig ausgebildeten Versteifungsrippen 33 ist auf Grund seiner einfachen Geometrie durch Schmieden kostengünstig herstellbar.

Festzuhalten bleibt, dass der Ventilschaft 3 und der Ventil- teller 7 aus dem gleichen Material oder aus unterschiedlichen Materialien bestehen können. Die Verbindung zwischen Ventil- teller 7 und Ventilschaft 3 kann insbesondere auch bei allen anhand der Figuren 1 bis 3 beschriebenen Ausführungsbeispielen des Leichtbauventils 1 mittels Reib-, Strahl-, Schmelzoder Kondensatorentladungsschweißen erfolgen. Das Verbinden von Ventilteller 7 und dem extrem dünnwandigen Ventilkegel 5 erfolgt vorzugsweise mittels Strahl-, Schmelz- oder Laserschweißen.

Zusammenfassend bleibt festzuhalten, dass das erfindungsgemäße Leichtbauventil 1 sich neben seinem nur geringen Gewicht insbesondere dadurch auszeichnet, dass es nur wenige einzelne Bauteile aufweist, die mit wenigen, einfachen Fügeoperationen miteinander verbunden werden können, so dass es insgesamt kostengünstig herstellbar ist.

Figur 4 zeigt einen Ausschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels des Leichtbauventils 1. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, so dass insofern auf die Beschreibung zu den vorangegangenen Figuren verwiesen wird. Der Ventilschaft 3 ist hier rohrförmig ausgebildet und weist daher einen Schafthohlräum 39 auf, der am nicht dargestellten Ende des Leichtbauventils 1 mittels eines Ventilschaftend- stücks/-fußes verschlossen ist. Der Ventilkegel 7 ist durch Durchmesseraufweitung des Ventilschaftendes gebildet. Durch die Aufweitung des Ventilschaftendes und die spezielle Form des Ventilkegels 5 ergibt sich ein konischer Übergang vom Schafthohlraum 39 zum Ventilkegel 7 hin.

In der Mitte des Ventiltellers 7 ist ein Abstützdom 41 angeformt, der die Flachseite des Ventiltellers 7 überragt und in seiner Mitte eine fluchtend zum Schafthohlraum 39 verlaufende Vertiefung 43 aufweist. Der Abstützdom 41 weist einen kreisringförmigen Querschnitt auf und liegt im Bereich seiner Stirnfläche 45 am Ventilkegel 5 an.

Der Abstützdom 41 ist bei dem in Figur 4 dargestellten Ausführungsbeispiel mittels Kondensatorentladungsschweißen mit dem Ventilkegel 5 stof schlüssig verbunden. Dabei ist die Stirnfläche 45 durch teilweises aufschmelzen und anpressen des Ventiltellers gegen den Ventilkegel so verformt, dass die Anlagekontaktfläche 47 des Abstützdoms 41 komplementär zum gegenüberliegenden Innenwandbereich des Ventilkegels ausgebildet ist. Der Ventilkegel 5 kann auch an seinem durchmessergrößeren Ende mittels Kondensatorentladungsschweißen mit dem Ventilteller 7 im Bereich der Vertiefung 23 verbunden sein, so dass die Fixierung in beiden vorstehend genannten Bereichen in einem Arbeitsgang erfolgen kann. Andere Stoff- schlussverbindungsvarianten sind selbstverständlich auch möglich.

Die Anlagekontaktfläche 47 zwischen dem Abstützdom 41 und dem Ventilkegel 5 kann umlaufend ausgebildet sein, so dass die Vertiefung 23 im Ventilteller 7 eine abgeschlossene, ringförmige Kammer bildet, deren Wände vom Ventilteller, Ventilkegel und dem Abstützdom gebildet sind. Es kann vorteilhaft sein, abgeschlossene Räume/Kammern zu vermeiden, was bei dem in Figur 4 dargestellten Ausführungsbeispiel beispielsweise dadurch realisierbar ist, dass die Anlagekontaktfläche 47 von Schlitzen unterbrochen ist, so dass auch im verschweißten Zustand von Ventilteller 7 beziehungsweise Abstützdom 41 und Ventilkegel 5 wenigstens eine Mediumverbindung zwischen den Vertiefungen 23 und 43 besteht. Dadurch können lokale Druckunterschiede im Leichtbauventil 1 ausgeschlossen werden. Die Mediumverbindung kann zusätzlich oder alternativ auch durch eine oder mehrere, quer zur LängserStreckung des Abstützdoms 41 verlaufende Durchbrüche/Bohrungen gebildet sein.

Das hohle Leichtbauventil 1, das an seinem einen Ende mittels des Ventilendstücks und an seinem anderen Ende mittels des Ventiltellers 7 dichtend verschlossen ist, kann mit einem Kühlmedium, beispielsweise Natrium, gefüllt sein. Dabei ist sowohl der Schafthohlraum 39 als auch die Vertiefung 43 im Abstützdom 41 mit dem Kühlmedium gefüllt, so dass sowohl Ventilschaft als auch Ventilteller sowie Ventilkegel gekühlt werden. Sofern eine Mediumverbindung, wie sie vorstehend beschriebenen ist, zwischen den Vertiefungen 43 und 23 vorgesehen ist, gelangt das Kühlmedium auch in die von der Vertiefung 23 gebildete Kammer und kann bei entsprechender Ausges- taltung der Mediumverbindung dort auch zirkulieren, was zur Verbesserung der Wärmeabfuhr aus dem Ventilteller beiträgt .

Figur 5 zeigt einen Ausschnitt eines weiteren Ausführungsbei- spiels des Leichtbauventils 1. Teile, die bereits anhand der vorangegangenen Figuren beschrieben wurden, sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, so dass insofern auf die Beschreibung zu den Figuren 1 bis 4 verwiesen wird. Der Ventilteller 7 weist auf seiner die Vertiefung 23 aufweisenden Flachseite ein Schaftverbindungsglied 49 auf, das einstückig mit dem Ventilteller 7 ausgebildet ist und sich in dessen Mitte befindet. Das Schaftverbindungsglied 49 ist an seinem freien Ende mit dem Ventilschaft 3 verbunden, was bei dem in Figur 5 dargestellten Ausführungsbeispiel mittels Reibschweißen erfolgt. Die umlaufende, wulstige ReibSchweißnaht 51 wird in einem nachfolgenden Arbeitsgang durch spanabhebende Behandlung entfernt. Die Länge des Schaftverbindungsglieds 49 ist bei diesem Ausführungsbeispiel so gewählt, dass bei zusammengesetztem Leichtbauventil 1 der Anbindungsbereich zwischen Schaftverbindungsglied 49 und Ventilschaft 3 außerhalb des Ventilkegelhohlraums angeordnet ist. Diese Ausgestaltung bietet sowohl die Möglichkeit, zunächst den Ventilkegel 5 mit dem Ventilteller 7 und dem Schaftverbindungsglied 49 zu verbinden und erst nachfolgend den Ventilschaft 3 mit dem Ventilteller 7 als auch die alternative Verfahrensvariante, dass in einem ersten Schritt der Ventilschaft 3 mit dem Schaftverbindungsglied 49 und erst in einem zweiten Schritt der Ventilkegel 5 mit dem Ventilteller 7 und dem Schaftverbindungsglied 49 verbunden werden.

Das Schaftverbindungsglied 49 weist in seinem Anbindungsbereich an den Ventilschaft 3 den gleichen Außendurchmesser und die gleiche Form wie der Ventilschaft 3 auf, wodurch ein stufenloser Übergang realisiert werden kann. Am Schaftverbindungsglied 49 sind Mittel zur partiellen, innenseitigen Abstützung des dünnwandigen Ventilkegels 5 vorgesehen, die bei diesem Ausführungsbeispiel von einer an das Schaftverbindungsglied 49 angeformten Verdickung 53 gebildet sind, die sich -in Richtung der Längsmittelachse 2 des Leichtbauventils 1 gesehen- mit axialem Abstand vom Boden der Vertiefung 23 beziehungsweise der dem Ventilkegel 5 zugewandten Flachseite des Ventiltellers 7 befindet. Die Verdickung 53 weist eine bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5 umlaufend ausgebildete, konische Abstützflache 55 auf, die im Anlagekontakt mit einem Innenwandbereich des Ventilkegels 5 steht, wodurch der Ventilkegel 5 abgestützt ist. Die Kontur der Abstützflache 55 ist komplementär zu diesem Ventilkegel- Innenwandbereich ausgebildet, wodurch eine vollflächige Anlage gewährleistet werden kann.

Der Abstand der Verdickung 53 vom Ventilteller 7 und deren Ausgestaltung ist derart, dass der auf das Schaftverbindungsglied 49 aufgesteckte Ventilkegel 5 sowohl gegenüber dem Ventilteller 7 zentriert als auch in einem solchen Abstand vom Ventilteller 7 gehalten ist, dass der Ventilkegel 5 mit seinem durchmessergrößeren Ende in gewünschter Weise in die Vertiefung 23 hineinragt.

Der Ventilkegel 5 unterscheidet sich von dem anhand der Figuren 1 und 2 beschriebenen dadurch, dass er eine einfachere, kostengünstiger herstellbare Form aufweist, nämlich die einer Tellerfeder.

Festzuhalten bleibt, dass der Ventilkegel 5 an seinem durchmesserkleineren Ende mittels der Verdickung 53 und an seinem durchmessergrößeren Ende mittels der Vertiefung 23 jeweils abgestützt und zentriert ist. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5 ist als besonders vorteilhaft hervorzuheben, dass der Ventilkegel 5 an seinem durchmesserkleineren Ende einen Durchmesser d aufweist, der deutlich größer als der Außendurchmesser des Ventilschafts 3 ist, so dass sich der Ventilkegel 5 auch bei vorhandener Reibschweißnaht 51 leicht über den Ventilschaft 3 stülpen lässt. Auf Grund der Ausführung des Ventilkegels 5 in Tellerform muss der Ventilschaft 3 auch keine Stufe, das heißt, einen DurchmesserSprung aufweisen, um einen stufenlosen Übergang zwischen Ventilkegel 5 und Schaftverbindungsglied 49 zu realisieren, wie aus Figur 5 ersichtlich. Der Ventilkegel 5 liegt im Übergangsbereich an die Verdickung 53 bündig an.

Bei einem in den Figuren nicht dargestellten Ausführungsbei- spiel ist die Verdickung 53 am Ventilschaft 3 angeformt. Die Verbindungsstelle zwischen Ventilschaft 3 und Schaftverbindungsglied 49 liegt hier innerhalb des Ventilkegelhohlraums. Alternativ kann vorgesehen sein, dass auf das Schaftverbindungsglied 49 verzichtet wird und der die Verdickung 53 aufweisende Ventilschaft 3 -wie bei dem anhand der Figur 1 beschriebenen Ausführungsbeispiel- direkt in Anlage mit dem Ventilteller 7 steht und mit diesem verschweißt ist.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5 weist das Schaft- Verbindungsglied 49 eine fluchtend zum Schafthohlraum 39 verlaufende Sacklochö fnung 57 auf, die sich bis zum Ventilteller 7 hin erstreckt . Um gleichmäßige Druckverhältnisse im Leichtbauventil 1 sicherstellen zu können, sind im Schaftverbindungsglied 49 um 90° zueinander versetzt angeordnete, schlitzförmige Durchbrüche 57 vorgesehen, die den ringförmigen, vom Ventilkegel, Ventilteller sowie dem Schaftverbindungsglied 49 begrenzten Ventilkegelhohlraum mit der Sacklochöffnung 57 verbinden. Das Leichtbauventil 1 kann mit ei- nem Kühlmedium gefüllt sein, dass auf Grund der Durchbrüche 59 sich im gesamten Leichtbauventil 1 verteilen kann, was zu einer verbesserten Kühlung des Ventils beiträgt.

Das anhand der Figur 5 beschriebene Ausführungsbeispiel lässt sich besonders einfach mit dem Kühlmedium befüllen, indem zunächst der Ventilschaft, der Ventilkegel sowie der Ventilteller miteinander verbunden und schließlich nachfolgend das Kühlmedium über das offene, freie Ende des hohlen Ventil- schafts einfüllt wird. Das freie Ventilschaftende wird nachfolgend verschlossen, beispielsweise indem das Schaftendstück angeschmiedet wird.

Das anhand der Figur 5 beschriebene Ausführungsbeispiel zeichnet sich auf Grund seines vorstehend beschriebenen Aufbaus durch eine leichte Bearbeitbarkeit der Sitz-/Lager~ flächen (Abstützflache 55 und Vertiefung 23 beziehungsweise Randstufe 37) für den Ventilkegel 5 aus.

Claims

Patentansprüche

Leichtbauventil (1) , insbesondere für Brennkraftmaschinen, mit einem Ventilschaft (3), mit einem hohlen Ventil- kegel (5) sowie mit einem den Ventilkegel (5) verschließenden Ventilteller (7) , wobei der Ventilteller (7) auf seiner dem Ventilkegel (5) zugewandten Flachseite mit einer Vertiefung (23) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkegel (5) mit seinem durchmessergrößeren Endbereich in die Vertiefung (23) hineinragt.

Leichtbauventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (23) als Zentrier- und/oder Abstützsitz ausgebildet ist.

Leichtbauventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Ventilteller (7) und Ventilkegel (5) ein kegeliger Übergang besteht .

Leichtbauventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilteller (7) scheibenförmig ausgebildet ist und im Anbindungsbereich an den Ventilkegel (5) einen kegligen Längsabschnitt (31B) aufweist, wobei der Kegelwinkel dieses Längsabschnitts (31B) gleich groß wie der Kegelwinkel des Ventilkegels (5) an seinem durchmessergrößeren Ende ist .

5. Leichtbauventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang zwischen Ventilkegel (5) und Ventilschaft (3) und/oder Ventilteller (7) und Ventilkegel (5) in deren Anbindungsbereich zumindest annähernd stufenlos ist .

6. Leichtbauventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkegel (5) als separates Bauteil ausgebildet ist und an seinem durchmesserkleineren Endbereich am Ventilschaft (3) oder an einem am Ventilteller (7) vorgesehenen Schaftverbindungsglied (49) fixiert ist, und dass am Ventilschaft (3) oder dem Schaftverbindungsglied (49) ein Zentrier- und/oder Abstützsitz für das durchmesserkleinere Ende des Ventilkegels (5) vorgesehen ist.

7. Leichtbauventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass am Ventilteller (7) Mittel zur Abstützung des Ventilkegels (5) vorgesehen sind.