WO2015036257A1 - Hollow valve, in particular for an internal combustion engine - Google Patents

Hollow valve, in particular for an internal combustion engine Download PDF

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WO2015036257A1
WO2015036257A1 PCT/EP2014/068278 EP2014068278W WO2015036257A1 WO 2015036257 A1 WO2015036257 A1 WO 2015036257A1 EP 2014068278 W EP2014068278 W EP 2014068278W WO 2015036257 A1 WO2015036257 A1 WO 2015036257A1
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WO
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cavity
valve
diameter
axial
valve stem
Prior art date
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PCT/EP2014/068278
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German (de)
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Inventor
Wolfgang Issler
Original Assignee
Mahle International Gmbh
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01LCYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L3/00Lift-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
    • F01L3/12Cooling of valves
    • F01L3/14Cooling of valves by means of a liquid or solid coolant, e.g. sodium, in a closed chamber in a valve
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23PMETAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P15/00Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass
    • B23P15/001Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass valves or valve housings
    • B23P15/002Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass valves or valve housings poppet valves

Definitions

  • the invention relates to a hollow valve for an internal combustion engine and an internal combustion engine with at least one such hollow valve.
  • Valve actuators based on so-called
  • Tellerhubventile are used in the prior art in almost all four-stroke engines.
  • Such a valve comprises a valve disk, which seals the inlet or outlet passage in the closed state against the suitably shaped valve seat in the cylinder head of the reciprocating engine.
  • the valve plate merges into an elongated, cylindrical section of the valve connected to it, in order to provide as little resistance as possible to the gases flowing through it.
  • the last-mentioned section is familiar to the person skilled in the art as a valve stem.
  • Valve stem back and forth and thus allows effective heat transfer from the hot valve plate to the less hot valve stem.
  • a suitable choice of coolant a lowering of the temperature of the valve disk by up to 100 K can be achieved.
  • DE 10 201 1077 198 A1 is known in connection with this problem, which describes a method for producing a hollow valve with a valve stem and a valve disk. According to the method, a bore with a constant diameter is introduced into the valve stem and then widened in the region of the valve disk by electrochemical removal.
  • CN 102 159 799 A discloses a hollow valve with a cavity whose cavity diameter in the region of the valve disk continuously increases away from the valve stem.
  • JP 2008-274779 A finally describes a hollow valve with a
  • Valve stem in the cavity of a separate, throttle-like component is provided, which ensures a taper of the diameter of the cavity.
  • the invention has as its object to provide a hollow valve, which on the one hand the strongest possible thermal coupling of the cavity
  • a further object of the invention is to be seen in an internal combustion engine, in particular a reciprocating engine to supplement such a hollow valve.
  • the basic idea of the invention is to vary the diameter of the cavity provided in the valve stem along its axial extension direction, whereas the outside diameter of the valve stem along the axial direction is preferably maintained at a substantially constant value.
  • a variation of the diameter can be achieved by subdividing the cavity along the axial direction into a first and an adjoining second axial section, wherein the cavity diameter in the first axial section - hereinafter referred to as first cavity diameter - either is greater or smaller than the cavity diameter in the second axial section, which will be referred to as a second cavity diameter hereinafter.
  • a dimensioning of the two cavity diameter approximately such that the first cavity diameter has only a slightly smaller value than the outer diameter of the valve stem leads to a thin-walled design of the valve stem in the region of the first axial section and consequently to a very good
  • the second cavity diameter of the second axial portion is chosen sufficiently small, resulting in a compared to the first axial portion according thickwandigeren - and thus stiffer - design of the valve stem. This results in increased mechanical stability of the entire valve stem.
  • the valve stem can be opposite conventional valve stems in terms of its mechanical and thermal properties individually to different operating conditions
  • Diameter jump between the first and the second cavity creates the previously described radial step, which causes with its edge a particularly good mixing of the refrigerant filled in the cavity and thus a good heat dissipation.
  • This cavity can be implemented in a particularly simple manner, for example, by placing it on one of the valve plate
  • a bore is introduced remote from the end face of the valve stem.
  • a drill with a drill of predetermined diameter can be used, by means of which the shaft material of the valve stem is machined to form said bore to a predetermined depth hole.
  • the diameter of the bore thus created corresponds to the first cavity diameter described above, the depth of the bore corresponds to a length of the first axial portion of the cavity.
  • a reduced diameter drill bit may be inserted into the already existing bore and the bore be lengthened along the reduced diameter axial direction in the axial direction.
  • the amount of this extension corresponds to a length of said second axial portion, the reduced diameter of the bore in this region to the second hollow diameter, which is therefore smaller than the first cavity diameter.
  • the cavity diameter of the hollow cylinder decreases away from the end face of the valve stem towards the valve disk, wherein the transition between the two axial sections in the form of a radial step.
  • the driller with a smaller diameter can be used initially to drill a hole with a
  • the bore thus produced is expanded by using a larger diameter drill to a depth corresponding to the length of the first axial portion, or a step drill is used which allows the entire bore to be made in one operation.
  • a step drill is used which allows the entire bore to be made in one operation.
  • Attach the shaft cover Preferably, it is advisable to provide the shaft cover with an outer radius that corresponds to that of the valve stem, so that the peripheral side of the shaft cover is aligned with the valve stem.
  • valve cover With regard to the attachment of the valve cover to the valve stem, various options are available to the person skilled in the art. As particularly resistant to unwanted wear and tear proves a welded to the valve stem valve cover. A particularly resistant and cost-effective variant uses a friction welding process or a
  • the cavity of the valve stem can also by means of a on the end face of the valve disk in the
  • Valve stem introduced bore can be generated. This approach makes it possible to provide the valve stem with a cavity whose cavity diameter decreases away from the valve head. The production of such a cavity is again achieved by using drills with drills of different diameters or stages boh rem. The hole created directly on the valve disc can be made after the regular filling of the cavity with coolant, with the help of a plug-like
  • Seal closure element fluid-tight.
  • the desired seal can be made again by welding the closure element to the valve disk.
  • a particularly inexpensive friction welding or laser beam welding can be used.
  • the approach presented here of a cavity with varying cavity diameter is not limited to two axial sections with different cavity diameters.
  • a person skilled in the art will be presented with a variety of possibilities to continue the inventive concept by appropriate design measures.
  • a third axial section reference is made to the above explanations for the introduction of a bore in the valve disk or the end face of the valve stem facing away from the valve disk.
  • the above-described measures can be easily determined by the person skilled in the art for the production of a cavity with three or more
  • the radial steps are preferably arranged in a plane which is orthogonal to the axial direction. In other words, in the longitudinal section of the valve stem shown in the figures, the radial steps are in
  • At least 50%, preferably at least 60%, of the cavity volume of the cavity should be filled with coolant.
  • the first cavity diameter is chosen smaller than the second cavity diameter, then it is advisable in an advantageous
  • Embodiment in the first section to form an axial shaft portion with reduced outer diameter.
  • the axial shaft portion is formed such that a wall thickness of the valve stem in the region of the axial shaft portion is substantially equal to a wall thickness of the valve stem in the region of the second portion.
  • a particularly homogeneous thermal coupling of the coolant to the surroundings of the valve stem can be achieved along the axial direction of the valve stem due to the constant wall thickness.
  • the reduction of the outer diameter (dA) in the axial shaft portion amount to some 1/1 Omm.
  • the invention further relates to an internal combustion engine, in particular a reciprocating engine, with at least one hollow valve having one or more of the aforementioned features.
  • Fig. 1 shows a first example of a hollow valve according to the invention in
  • Fig. 2 shows a second example of a hollow valve according to the invention
  • FIG. 1 illustrates in a longitudinal section by way of example a hollow valve 1 according to the invention.
  • This has a valve stem 2 with a constant along an axial direction A outer diameter dA-
  • the valve stem 2 is in the axial direction A in a radially outwardly projecting from the valve stem 2 valve plate 3 over.
  • the valve stem 2 is movably mounted in a reciprocating engine, which is only roughly indicated in the figures and designated by the reference numeral 19.
  • the valve stem 2 is designed as a hollow body, ie in this extends along the axial direction A, a cylindrical cavity 4, which is filled to at least 50 vol .-% with a coolant 5 in the form of liquid in operation sodium.
  • valve stem 2 This moves during operation of the reciprocating engine due to its inertia in the periodically moving along the axial direction A valve stem 2 back and forth and thus ensures the desired heat transfer between the hot valve disk 3 and the less hot, the valve disc 3 opposite axial end 6 of Valve stem 2.
  • the cavity 4 is formed in the form of a bore 13, which was introduced by means of a suitable drilling means on a side remote from the valve plate 3 end face 1 1 in the valve stem 2. On that end face 1 1 is a
  • Valve stem 2 opposite to the axial direction A extending cap 12 welded, which closes the bore 13 fluid-tight.
  • a first axial section 7 of the valve stem 2 still in the region of the valve disk 3, the cavity 5 now has a first cavity diameter di.
  • the first axial section 7 is opposite to the axial direction in a second axial section 8, which is distinguished from the first axial section 7 by an enlarged diameter 02.
  • Transition between the two axial sections 7, 8 is at a the Cavity 4 bounding radially inner peripheral side 10 in the form of a radial step 9 is formed.
  • Figure 1 further takes away that the cavity 4 against the axial direction A, ie away from the valve disk 3, from the second axial
  • Section 8 merges into a third axial section 14 which has a third lumen diameter d3, which in turn is greater than the second lumen diameter 02, i. the cavity diameter d of the cavity 4 decreases along the axial direction A toward the valve disk 3.
  • the transition between the second and third axial section 8, 14 is in the form of a radial step 15, whereby a particularly good turbulence of the coolant and thus a particularly good heat transfer can be achieved.
  • FIG. 2 now illustrates an alternative, for example, of FIG
  • the bore 18 is closed in a fluid-tight manner by means of a stopper-like closure element 17.
  • the fastening of the closure element 17 can also be based on a welding process.
  • the diameter of the cavity 4 decreases in the axial direction to the valve stem end 2 from.
  • the first cavity diameter di of the first axial section has a greater value than the second cavity diameter 02 of the second axial section
  • Section 8 this in turn is larger than the third cavity diameter d3 of the third axial section 14.
  • the transitions between the axial sections 7, 8, 14 are realized in an analogous manner, for example, the figure 1 in the form of radial steps 9, 15.
  • the radial step 9, 15 are preferably arranged in a plane which is orthogonal to the axial direction A.
  • the radial steps 9, 15 are substantially rectangular, ie “sharp-edged".
  • the "sharp" edges typically associated with the realization of such geometry in the region of the steps 9, 15 promote the formation of turbulence in the coolant 5 and thus its mixing.
  • the outside diameter dA can be reduced slightly locally, in particular by a few 1/10 mm, whereby the wall thickness is almost identical at least in the first and second sections 7, 8.
  • At least a part of the outer surface of the hollow valve 1 may be coated by means of an electroless or galvanic process or a
  • surface-modifying treatment in particular nitriding, boriding, carbonitriding.
  • valve stem 2 is composed of a plurality of individual (tube) sections 7, 8, 14 with different cavity diameters di, 02, 03 and / or different materials, which are joined together by a welding process and their cavities 4 subsequently be reworked by one or more drilling operations.
  • FIG. 3 shows a variant of the example of FIG. 1. Will be the first
  • Cavity diameter as shown in Figure 1 d i chosen smaller than the second cavity diameter 02, as shown in Figure 3 in the first section 7 from the second portion 8 away to the valve plate 3 through an axial shaft portion 20 are formed with reduced outer diameter dA.
  • the wall thickness of the valve stem 2 is reduced in the region of the axial shaft portion 20, which in turn improves the thermal coupling of the
  • Coolant 5 is achieved in the cavity 4 with the environment of the valve stem 2.
  • valve stem 2 in the region of the axial shaft portion 20 preferably formed such that the wall thickness of the valve stem 2 in the region of the axial shaft portion 20 substantially equal to one
  • Wall thickness of the valve stem 2 in the region of the second portion 8 is. In this way, along the axial direction A of the valve stem 2, a particularly homogeneous thermal coupling of the coolant 5 to the
  • the reduction of the outer diameter dA in the axial shaft portion 20 may be some 1 / 10mm.

Abstract

The invention relates to a hollow valve (1), in particular for an internal combustion engine, having a valve shank (2) which, along the axial direction (A) thereof, has an outer diameter (dA) and which transitions, in the axial direction (A), into a valve plate (3) which projects radially outward from the valve shank (2), wherein, in the valve shank (2), there is provided a hollow chamber (4) which extends along the axial direction (A) and which is of substantially cylindrical form and which is at least partially filled with a liquid or liquefiable coolant, wherein the hollow chamber (4) transitions, counter to the axial direction (A), away from the valve plate (3), from a first into a second axial section (7, 8), wherein the hollow chamber (4) has, in the first axial section (7), a first hollow chamber diameter (d1) which differs from a second hollow chamber diameter (d2) in the second axial section (8), such that the diameter of the hollow chamber (4) within the valve shank (2) changes.

Description

Hohlventil, insbesondere für eine Brennkraftmaschine  Hollow valve, in particular for an internal combustion engine
Die Erfindung betrifft ein Hohlventil für eine Brennkraftmaschine sowie eine Brennkraftmaschine mit wenigstens einem solchen Hohlventil. The invention relates to a hollow valve for an internal combustion engine and an internal combustion engine with at least one such hollow valve.
Ein Mechanismus, der bei einem Hubkolbenmotor die Ventile und damit den Ladungswechsel durch Öffnen und Schließen der Lufteinlass- und A mechanism that in a reciprocating engine, the valves and thus the charge cycle by opening and closing the air intake and
Abgasaustrittskanäle steuert, wird in der Fahrzeugtechnik als Ventilsteuerung oder Ventiltrieb bezeichnet. Ventiltriebe auf der Basis sogenannter Exhaust gas outlet controls, is referred to in vehicle technology as a valve control or valve train. Valve actuators based on so-called
Tellerhubventile werden nach dem Stand der Technik in nahezu sämtlichen Viertaktmotoren verwendet. Ein solches Ventil umfasst einen Ventilteller, der den Ein- oder Auslasskanal im geschlossenen Zustand gegen den passend geformten Ventilsitz im Zylinderkopf des Hubkolbenmotors abdichtet. Der Ventilteller geht in einen mit ihm verbundenen länglichen, zylindrischen Abschnitt des Ventils über, um den durchströmenden Gasen einen möglichst geringen Widerstand entgegenzusetzen. Letztgenannter Abschnitt ist dem Fachmann als Ventilschaft geläufig. Tellerhubventile are used in the prior art in almost all four-stroke engines. Such a valve comprises a valve disk, which seals the inlet or outlet passage in the closed state against the suitably shaped valve seat in the cylinder head of the reciprocating engine. The valve plate merges into an elongated, cylindrical section of the valve connected to it, in order to provide as little resistance as possible to the gases flowing through it. The last-mentioned section is familiar to the person skilled in the art as a valve stem.
Nach dem Stand der Technik ist es zur Verbesserung der thermischen According to the prior art, it is for improving the thermal
Belastbarkeit der thermisch hoch beanspruchten Auslassventile im Falle besonders stark belasteter Hubkolbenmotoren üblich, den Ventilschaft hohl auszuführen und den im Ventilschaft vorgesehenen Hohlraum und mit einem geeigneten Kühlmittel zu befüllen. Im Betrieb des Hubkolbenmotors schmilzt das Kühlmittel und schwappt in diesem flüssigen Zustand zwischen dem zeitweise rotglühend heißen Ventilteller und dem abgewandten kälteren Ende des Resilience of the thermally highly stressed exhaust valves in the case of particularly heavily loaded reciprocating engines usual to run the valve stem hollow and to fill the cavity provided in the valve stem and with a suitable coolant. During operation of the reciprocating engine, the coolant melts and sloshes in this liquid state between the temporarily hot red hot valve plate and the opposite colder end of the
Ventilschafts hin und her und erlaubt somit einen effektiven Wärmetransport vom heißen Ventilteller zum weniger heißen Ventilschaft. Auf diese Weise kann bei geeigneter Kühlmittelwahl eine Absenkung der Temperatur des Ventiltellers um bis zu 100 K erreicht werden. Als problematisch erweist sich bei Hohlventilen indes eine optimale Valve stem back and forth and thus allows effective heat transfer from the hot valve plate to the less hot valve stem. In this way, with a suitable choice of coolant, a lowering of the temperature of the valve disk by up to 100 K can be achieved. In the case of hollow valves, however, it proves to be an optimal problem
Dimensionierung des Durchmessers des Hohlraums im Ventilschaft relativ zum Außendurchmesser des Ventilschafts. Einerseits begünstigt ein mit einem möglichst großen Durchmesser ausgeführter Hohlraum aufgrund der damit einhergehenden dünnwandigen Ausbildung der Umfangswand des Ventilschafts eine besonders gute thermische Ankopplung des im Hohlraum befindlichen Kühlmittels nach außen. Andererseits führt eine zu dünnwandige Ausführung des Ventilschafts zu einer nicht mehr akzeptablen Minderung der mechanischen Steifigkeit des Ventilschafts. Dimensioning the diameter of the cavity in the valve stem relative to the outer diameter of the valve stem. On the one hand, a cavity designed with the largest possible diameter favors a particularly good thermal coupling of the coolant in the cavity to the outside due to the associated thin-walled design of the circumferential wall of the valve stem. On the other hand, too thin a design of the valve stem leads to an unacceptable reduction of the mechanical stiffness of the valve stem.
Aus dem Stand der Technik ist im Zusammenhang mit dieser Problematik die DE 10 201 1 077 198 A1 bekannt, die ein Verfahren zum Herstellen eines Hohlventils mit einem Ventilschaft und einem Ventilteller beschreibt. Gemäß dem Verfahren wird in den Ventilschaft eine Bohrung mit konstantem Durchmesser eingebracht und anschließend im Bereich des Ventiltellers durch elektrochemisches Abtragen aufgeweitet. From the prior art, DE 10 201 1077 198 A1 is known in connection with this problem, which describes a method for producing a hollow valve with a valve stem and a valve disk. According to the method, a bore with a constant diameter is introduced into the valve stem and then widened in the region of the valve disk by electrochemical removal.
Die CN 102 159 799 A offenbart ein Hohlventil mit einem Hohlraum, dessen Hohlraum-Durchmesser im Bereich des Ventiltellers vom Ventilschaft weg kontinuierlich zunimmt. CN 102 159 799 A discloses a hollow valve with a cavity whose cavity diameter in the region of the valve disk continuously increases away from the valve stem.
Die JP 2008-274779 A beschreibt schließlich ein Hohlventil mit einem JP 2008-274779 A finally describes a hollow valve with a
Ventilschaft, in dessen Hohlraum ein separates, drosselartiges Bauelement vorgesehen ist, welches für eine Verjüngung des Durchmessers des Hohlraums sorgt. Valve stem, in the cavity of a separate, throttle-like component is provided, which ensures a taper of the diameter of the cavity.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein Hohlventil zu schaffen, welches einerseits eine möglichst starke thermische Kopplung des im Hohlraum The invention has as its object to provide a hollow valve, which on the one hand the strongest possible thermal coupling of the cavity
vorhandenen Kühlmittels mit der Umgebung des Ventils gestattet, andererseits aber auch mit der für den Betrieb in stark belasteten Hubkolbenmotoren erforderlichen mechanischen Steifigkeit versehen ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist darin zu sehen, eine Brennkraftmaschine, insbesondere einen Hubkolbenmotor, um ein solches Hohlventil zu ergänzen. existing coolant allowed with the environment of the valve, on the other hand but also provided with the required for operation in heavy-duty reciprocating engines mechanical stiffness. A further object of the invention is to be seen in an internal combustion engine, in particular a reciprocating engine to supplement such a hollow valve.
Grundgedanke der Erfindung ist demnach, den Durchmesser des im Ventilschaft vorgesehenen Hohlraums entlang seiner axialen Erstreckungsrichtung zu variieren, wohingegen beim Außendurchmesser des Ventilschafts entlang der axialen Richtung vorzugsweise ein im Wesentlichen konstanter Wert beibehalten wird. Im einfachsten Fall kann eine derartige Variation des Durchmessers erzielt werden, indem der Hohlraum entlang der axialen Richtung in einen ersten und einen sich an diesen anschließenden zweiten axialen Abschnitt unterteilt wird, wobei der Hohlraumdurchmesser im ersten axialen Abschnitt - im Folgenden als erster Hohlraumdurchmesser bezeichnet - entweder größer oder kleiner ist als der Hohlraumdurchmesser im zweiten axialen Abschnitt, der im Folgenden als zweiter Hohlraumdurchmesser bezeichnet wird. Eine Dimensionierung der beiden Hohlraumdurchmesser etwa derart, dass der erste Hohlraumdurchmesser einen nur geringfügig geringeren Wert aufweist als der Außendurchmesser des Ventilschafts, führt zu einer dünnwandigen Ausbildung des Ventilschafts im Bereich des ersten axialen Abschnitts und folglich zu einer sehr guten Accordingly, the basic idea of the invention is to vary the diameter of the cavity provided in the valve stem along its axial extension direction, whereas the outside diameter of the valve stem along the axial direction is preferably maintained at a substantially constant value. In the simplest case, such a variation of the diameter can be achieved by subdividing the cavity along the axial direction into a first and an adjoining second axial section, wherein the cavity diameter in the first axial section - hereinafter referred to as first cavity diameter - either is greater or smaller than the cavity diameter in the second axial section, which will be referred to as a second cavity diameter hereinafter. A dimensioning of the two cavity diameter approximately such that the first cavity diameter has only a slightly smaller value than the outer diameter of the valve stem, leads to a thin-walled design of the valve stem in the region of the first axial section and consequently to a very good
thermischen Ankopplung des im Hohlraum befindlichen Kühlmittels an die thermal coupling of the coolant in the cavity to the
Umgebung des Ventilschafts. Um nun zu verhindern, dass die mechanische Steifigkeit der Umfangswand des Ventilschafts unterhalb eines für die Environment of the valve stem. In order to prevent the mechanical rigidity of the circumferential wall of the valve stem below one for the
Funktionsfähigkeit des Hohlventils in einer Brennkraftmaschine kritischen Functioning of the hollow valve in an internal combustion engine critical
Schwellwerts absinkt, wird der zweite Hohlraumdurchmesser des zweiten axialen Abschnitts hinreichend klein gewählt, was zu einer im Vergleich zum ersten axialen Abschnitt entsprechend dickwandigeren - und folglich steiferen - Ausbildung des Ventilschafts führt. Dies hat eine erhöhte mechanische Stabilität des gesamten Ventilschafts zur Folge. Durch eine geeignete Festlegung der Werte für die beiden Hohlraumdurchmesser lässt sich der Ventilschaft gegenüber herkömmlichen Ventilschäften hinsichtlich seiner mechanischen und thermischen Eigenschaften individuell an verschiedene Betriebsbedingungen Threshold decreases, the second cavity diameter of the second axial portion is chosen sufficiently small, resulting in a compared to the first axial portion according thickwandigeren - and thus stiffer - design of the valve stem. This results in increased mechanical stability of the entire valve stem. By a suitable definition of the values for the two cavity diameter, the valve stem can be opposite conventional valve stems in terms of its mechanical and thermal properties individually to different operating conditions
unterschiedlicher Arten von Hubkolbenmotoren anpassen. Durch den adapt to different types of reciprocating engines. By the
Durchmessersprung zwischen dem ersten und dem zweiten Hohlraum entsteht die zuvor beschriebene radiale Stufe, die mit ihrer Kante eine besonders gute Vermischung des im Hohlraum eingefüllten Kühlmittels und damit eine gute Wärmeabfuhr bewirkt. Diameter jump between the first and the second cavity creates the previously described radial step, which causes with its edge a particularly good mixing of the refrigerant filled in the cavity and thus a good heat dissipation.
Hinsichtlich der Dimensionierung des Hohlraums im Ventilschaft eröffnet der erfindungsgemäße Ansatz dem Fachmann verschiedene technische Realisierungsmöglichkeiten, aus denen er unter fertigungstechnischen With regard to the dimensioning of the cavity in the valve stem of the approach of the invention opens the expert various technical implementation options, from which he under production engineering
Gesichtspunkten auszuwählen vermag. Technisch besonders einfach realisieren lässt sich besagter Hohlraum etwa, indem auf einer vom Ventilteller To select points of view. This cavity can be implemented in a particularly simple manner, for example, by placing it on one of the valve plate
abgewandten Stirnseite des Ventilschafts eine Bohrung eingebracht wird. Hierzu kann ein Bohrgerät mit einem Bohrer vorbestimmten Durchmessers eingesetzt werden, mittels welchem das Schaftmaterial des Ventilschafts zur Bildung besagter Bohrung bis zu einer vorbestimmten Bohrungstiefe zerspant wird. Der Durchmesser der auf diese Weise geschaffenen Bohrung entspricht dem oben beschriebenen ersten Hohlraumdurchmesser, die Tiefe der Bohrung einer Länge des ersten axialen Abschnitts des Hohlraums. Um nun einen zweiten axialen Abschnitt mit einem gegenüber dem ersten axialen Abschnitt reduzierten, zweiten Hohlraum-Durchmesser zu erzeugen, kann ein Bohrer mit reduziertem Durchmesser in die bereits vorhandene Bohrung eingeführt und die Bohrung entlang der axialen Richtung mit reduziertem Durchmesser in axialer Richtung verlängert werden. Der Betrag dieser Verlängerung entspricht einer Länge des besagten zweiten axialen Abschnitts, der reduzierte Durchmesser der Bohrung in diesem Bereich dem zweiten Hohldurchmesser, welcher folglich kleiner ist als der erste Hohlraum-Durchmesser ist. Mit anderen Worten, der Hohlraum- Durchmesser des Hohlzylinders nimmt von der Stirnseite des Ventilschafts weg zum Ventilteller hin ab, wobei sich der Übergang zwischen den beiden axialen Abschnitten in Form einer radialen Stufe gestaltet. remote from the end face of the valve stem, a bore is introduced. For this purpose, a drill with a drill of predetermined diameter can be used, by means of which the shaft material of the valve stem is machined to form said bore to a predetermined depth hole. The diameter of the bore thus created corresponds to the first cavity diameter described above, the depth of the bore corresponds to a length of the first axial portion of the cavity. In order now to produce a second axial section with a second cavity diameter reduced with respect to the first axial section, a reduced diameter drill bit may be inserted into the already existing bore and the bore be lengthened along the reduced diameter axial direction in the axial direction. The amount of this extension corresponds to a length of said second axial portion, the reduced diameter of the bore in this region to the second hollow diameter, which is therefore smaller than the first cavity diameter. In other words, the cavity diameter of the hollow cylinder decreases away from the end face of the valve stem towards the valve disk, wherein the transition between the two axial sections in the form of a radial step.
Alternativ zu oben beschriebenem Vorgehen kann zunächst auch der Bohrer mit geringerem Durchmesser verwendet werden, um eine Bohrung mit einer As an alternative to the above-described procedure, the driller with a smaller diameter can be used initially to drill a hole with a
Bohrungstiefe zu erzeugen, deren Wert einer Summe der Länge von erstem und zweitem axialen Abschnitt entspricht. Anschließend wird die auf diese Weise erzeugte Bohrung durch Verwendung eines Bohrers mit größerem Durchmesser bis zu einer Tiefe, welche der Länge des ersten axialen Abschnitts entspricht, entsprechend aufgeweitet oder es wird ein Stufenbohrer verwendet, der es erlaubt die gesamte Bohrung in einem Arbeitsgang herzustellen. Bei allen oben beschriebenen Ausgestaltungsvarianten bildet eine den Hohlraum begrenzende radial innere Umfangsseite im Übergangsbereich zwischen dem ersten und dem zweiten axialen Abschnitt eine radiale Stufe aus. To create hole depth whose value corresponds to a sum of the length of the first and second axial section. Subsequently, the bore thus produced is expanded by using a larger diameter drill to a depth corresponding to the length of the first axial portion, or a step drill is used which allows the entire bore to be made in one operation. In all embodiments described above forms a cavity bounding radially inner peripheral side in the transition region between the first and the second axial portion of a radial step.
Um nun die in oben beschriebener Weise gefertigte Bohrung nach der Befüllung mit Kühlmittel, das aus den Elementen der Erdalkalimetalle gewählt wird, etwa in der Form von verflüssigbarem Natrium, fluiddicht zu verschließen, empfiehlt es sich, auf der Stirnseite des Ventilschafts einen diesen verlängernden In order to close the hole made in the manner described above after filling with coolant, which is selected from the elements of the alkaline earth metals, such as in the form of liquefiable sodium, fluid-tight, it is advisable to extend this on the front side of the valve stem
Schaftdeckel zu befestigen. Bevorzugt bietet es sich dabei an, den Schaftdeckel mit einem Außenradius zu versehen, der jenem des Ventilschafts entspricht, so dass die Umfangsseite des Schaftdeckels mit der des Ventilschafts fluchtet. Attach the shaft cover. Preferably, it is advisable to provide the shaft cover with an outer radius that corresponds to that of the valve stem, so that the peripheral side of the shaft cover is aligned with the valve stem.
Hinsichtlich der Befestigung des Ventildeckels am Ventilschaft eröffnen sich dem einschlägigen Fachmann verschiedene Optionen. Als gegen unerwünschte Verschleißerscheinungen besonders widerstandsfähig erweist sich ein an den Ventilschaft angeschweißter Ventildeckel. Eine besonders widerstandsfähige und kostengünstige Variante nutzt hierfür ein Reibschweißverfahren oder ein With regard to the attachment of the valve cover to the valve stem, various options are available to the person skilled in the art. As particularly resistant to unwanted wear and tear proves a welded to the valve stem valve cover. A particularly resistant and cost-effective variant uses a friction welding process or a
Laserstrahlschweißen. Gemäß einer alternativen Ausgestaltungsvariante kann der Hohlraum des Ventilschafts auch mittels einer auf der Stirnseite des Ventiltellers in den Laser beam welding. According to an alternative embodiment variant, the cavity of the valve stem can also by means of a on the end face of the valve disk in the
Ventilschaft eingebrachten Bohrung erzeugt werden. Dieser Ansatz gestattet es, den Ventilschaft mit einem Hohlraum zu versehen, dessen Hohlraum- Durchmesser vom Ventilteller weg abnimmt. Die Herstellung eines solchen Hohlraums gelingt wiederum durch Verwendung von Bohrgeräten mit Bohrern unterschiedlichen Durchmessern oder mit Stufen boh rem. Die unmittelbar am Ventilteller geschaffene Bohrung lässt sich nach dem regulären Befüllen des Hohlraums mit Kühlmittel, mit Hilfe eines stopfenartig ausgebildeten Valve stem introduced bore can be generated. This approach makes it possible to provide the valve stem with a cavity whose cavity diameter decreases away from the valve head. The production of such a cavity is again achieved by using drills with drills of different diameters or stages boh rem. The hole created directly on the valve disc can be made after the regular filling of the cavity with coolant, with the help of a plug-like
Verschlusselements fluiddicht verschließen. Die gewünschte Abdichtung kann erneut durch ein Verschweißen des Verschlusselements mit dem Ventilteller hergestellt werden. Dabei kann beispielsweise ein besonders kostengünstiges Reibschweißverfahren oder auch ein Laserstrahlschweißen eingesetzt werden. Seal closure element fluid-tight. The desired seal can be made again by welding the closure element to the valve disk. In this case, for example, a particularly inexpensive friction welding or laser beam welding can be used.
Der hier vorgestellte Ansatz eines Hohlraums mit variierendem Hohlraum- Durchmesser ist indes nicht auf zwei Axialabschnitte mit unterschiedlichen Hohlraum-Durchmessern beschränkt. Dem Fachmann eröffnen sich vielfältige Möglichkeiten, den erfindungsgemäßen Gedanken durch entsprechende konstruktive Maßnahmen weiterzuführen. So ist etwa daran zu denken, vom zweiten axialen Abschnitt weg in Richtung der dem Ventilteller abgewandten Stirnseite des Ventilschafts einen dritten axialen Abschnitt mit einem dritten Hohlraum-Durchmesser zu versehen, der größer oder kleiner ist als der zweite Hohlraum-Durchmesser. Zur Herstellung eines solchen dritten axialen Abschnitts sei auf obige Erläuterungen zum Einbringen einer Bohrung in den Ventilteller bzw. die vom Ventilteller abgewandte Stirnseite des Ventilschafts verwiesen. Die oben beschriebenen Maßnahmen lassen sich vom einschlägigen Fachmann ohne weiteres für die Herstellung eines Hohlraums mit drei oder mehr However, the approach presented here of a cavity with varying cavity diameter is not limited to two axial sections with different cavity diameters. A person skilled in the art will be presented with a variety of possibilities to continue the inventive concept by appropriate design measures. For example, it is conceivable to provide a third axial section with a third cavity diameter, which is larger or smaller than the second cavity diameter, away from the second axial section in the direction of the end face of the valve stem facing away from the valve disk. For the preparation of such a third axial section, reference is made to the above explanations for the introduction of a bore in the valve disk or the end face of the valve stem facing away from the valve disk. The above-described measures can be easily determined by the person skilled in the art for the production of a cavity with three or more
verschiedenen Hohlraum-Durchmessern anwenden. Die radialen Stufen sind vorzugsweise in einer Ebene angeordnet, die orthogonal zur axialen Richtung verläuft. Mit anderen Worten, in dem in den Figuren gezeigten Längsschnitt des Ventilschafts sind die radialen Stufen im Apply different cavity diameters. The radial steps are preferably arranged in a plane which is orthogonal to the axial direction. In other words, in the longitudinal section of the valve stem shown in the figures, the radial steps are in
Wesentlichen rechtwinklig ausgebildet. Die mit der Realisierung einer solchen Geometrie typischerweise verbundenen "scharfen" Kanten im Bereich der Stufen fördern die Bildung von Turbulenzen im Kühlmittel und führen somit zu einer besonders ausgeprägten Durchmischung des Kühlmittels. Essentially formed at right angles. The "sharp" edges in the region of the stages typically associated with the realization of such a geometry promote the formation of turbulence in the coolant and thus lead to a particularly pronounced mixing of the coolant.
Um einen effektive Wärmetransport zwischen dem Ventilteller und dem vom Ventilteller abgewandten axialen Ende des Ventilschafts zu erzielen, sollte wenigstens 50%, vorzugsweise wenigstens 60%, des Hohlraumvolumens des Hohlraums mit Kühlmittel befüllt sein. In order to achieve effective heat transfer between the valve disk and the axial end of the valve stem facing away from the valve disk, at least 50%, preferably at least 60%, of the cavity volume of the cavity should be filled with coolant.
Wird der erste Hohlraum-Durchmesser kleiner als der zweite Hohlraum- Durchmesser gewählt, so empfiehlt es sich in einer vorteilhaften If the first cavity diameter is chosen smaller than the second cavity diameter, then it is advisable in an advantageous
Ausführungsform, im ersten Abschnitt einen axialen Schaftabschnitt mit reduziertem Außendurchmesser auszubilden. Auf diese Weise wird die Embodiment, in the first section to form an axial shaft portion with reduced outer diameter. In this way, the
Wandstärke des Ventilschafts in diesem Schaftbereich reduziert, wodurch eine verbesserte thermische Kopplung des Kühlmittels im Hohlraum mit der Wall thickness of the valve stem reduced in this shaft region, whereby an improved thermal coupling of the coolant in the cavity with the
Umgebung des Ventilschafts erreicht wird. Environment of the valve stem is achieved.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der vorangehend erläuterten In an advantageous development of the above explained
Ausführungsform ist der axiale Schaftabschnitt derart ausgebildet, dass eine Wandstärke des Ventilschafts im Bereich des axialen Schaftabschnitts im Wesentlichen gleich einer Wandstärke des Ventilschafts im Bereich des zweiten Abschnitts ist. Auf diese Weise kann entlang der axialen Richtung des Ventilschafts aufgrund der konstanten Wandstärke eine besonders homogene thermische Ankopplung des Kühlmittels an die Umgebung des Ventilschafts erreicht werden. Besonders zweckmäßig kann die Reduzierung des Außendurchmessers (dA) im axialen Schaftabschnitt einige 1/1 Omm betragen. Embodiment, the axial shaft portion is formed such that a wall thickness of the valve stem in the region of the axial shaft portion is substantially equal to a wall thickness of the valve stem in the region of the second portion. In this way, a particularly homogeneous thermal coupling of the coolant to the surroundings of the valve stem can be achieved along the axial direction of the valve stem due to the constant wall thickness. Particularly advantageously, the reduction of the outer diameter (dA) in the axial shaft portion amount to some 1/1 Omm.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Brennkraftmaschine, insbesondere einen Hubkolbenmotor, mit wenigstens einem Hohlventil mit einem oder mehreren der vorangehend genannten Merkmale. The invention further relates to an internal combustion engine, in particular a reciprocating engine, with at least one hollow valve having one or more of the aforementioned features.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Other important features and advantages of the invention will become apparent from the dependent claims, from the drawings and from the associated
Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen. Description of the figures with reference to the drawings.
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. It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.
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. Preferred embodiments of the invention are illustrated in the drawings and will be described in more detail in the following description, wherein like reference numerals refer to the same or similar or functionally identical components.
Dabei zeigen, jeweils schematisch, Show, in each case schematically,
Fig. 1 ein erstes Beispiel eines erfindungsgemäßen Hohlventils in Fig. 1 shows a first example of a hollow valve according to the invention in
einem Längsschnitt  a longitudinal section
Fig. 2 ein zweites Beispiel eines erfindungsgemäßen Hohlventils Fig. 2 shows a second example of a hollow valve according to the invention
ebenfalls in einem Längsschnitt,  also in a longitudinal section,
Fig. 3 eine Variante des Beispiels der Figur 1 . Figur 1 illustriert in einem Längsschnitt beispielhaft ein erfindungsgemäßes Hohlventil 1 . Dieses besitzt einen Ventilschaft 2 mit einem entlang einer axialen Richtung A konstanten Außendurchmesser dA- Der Ventilschaft 2 geht in der axialen Richtung A in einen radial nach außen vom Ventilschaft 2 abstehenden Ventilteller 3 über. Der Ventilschaft 2 ist in einem Hubkolbenmotor, welcher in den Figuren nur grobschematisch angedeutet und mit dem Bezugszeichen 19 bezeichnet ist, beweglich gelagert. Der Ventilschaft 2 ist als Hohlkörper ausgebildet, d.h. in diesem erstreckt sich entlang der axialen Richtung A ein zylindrischer Hohlraum 4, welcher zu wenigstens 50 Vol.-% mit einem Kühlmittel 5 in Form von im Betrieb flüssigem Natrium befüllt ist. Dieses bewegt sich im Betrieb des Hubkolbenmotors aufgrund seiner Massenträgheit in dem sich entlang der axialen Richtung A periodisch bewegenden Ventilschaft 2 hin und her und sorgt somit für den gewünschten Wärmetransfer zwischen dem heißen Ventilteller 3 und dem weniger heißen, dem Ventilteller 3 gegenüberliegenden axialen Ende 6 des Ventilschafts 2. 3 shows a variant of the example of FIG. 1. FIG. 1 illustrates in a longitudinal section by way of example a hollow valve 1 according to the invention. This has a valve stem 2 with a constant along an axial direction A outer diameter dA- The valve stem 2 is in the axial direction A in a radially outwardly projecting from the valve stem 2 valve plate 3 over. The valve stem 2 is movably mounted in a reciprocating engine, which is only roughly indicated in the figures and designated by the reference numeral 19. The valve stem 2 is designed as a hollow body, ie in this extends along the axial direction A, a cylindrical cavity 4, which is filled to at least 50 vol .-% with a coolant 5 in the form of liquid in operation sodium. This moves during operation of the reciprocating engine due to its inertia in the periodically moving along the axial direction A valve stem 2 back and forth and thus ensures the desired heat transfer between the hot valve disk 3 and the less hot, the valve disc 3 opposite axial end 6 of Valve stem 2.
Der Hohlraum 4 ist in Form einer Bohrung 13 ausgebildet, die mit Hilfe eines geeigneten Bohrmittels auf einer vom Ventilteller 3 abgewandten Stirnseite 1 1 in den Ventilschaft 2 eingebracht wurde. Auf jener Stirnseite 1 1 ist eine den The cavity 4 is formed in the form of a bore 13, which was introduced by means of a suitable drilling means on a side remote from the valve plate 3 end face 1 1 in the valve stem 2. On that end face 1 1 is a
Ventilschaft 2 entgegen der axialen Richtung A verlängernde Kappe 12 angeschweißt, welcher die Bohrung 13 fluiddicht verschließt. In einem ersten axialen Abschnitt 7 des Ventilschafts 2, noch im Bereich des Ventiltellers 3, weist der Hohlraum 5 nun einen ersten Hohlraum-Durchmesser di auf. Im Ventilschaft 2 geht der erste axiale Abschnitt 7 entgegen der axialen Richtung in einen zweiten axialen Abschnitt 8 über, welcher sich gegenüber dem ersten axialen Abschnitt 7 durch einen vergrößerten Durchmesser 02 auszeichnet. Der Valve stem 2 opposite to the axial direction A extending cap 12 welded, which closes the bore 13 fluid-tight. In a first axial section 7 of the valve stem 2, still in the region of the valve disk 3, the cavity 5 now has a first cavity diameter di. In the valve stem 2, the first axial section 7 is opposite to the axial direction in a second axial section 8, which is distinguished from the first axial section 7 by an enlarged diameter 02. Of the
Übergang zwischen den beiden axialen Abschnitten 7, 8 ist an einer den Hohlraum 4 begrenzende radial inneren Umfangsseite 10 in Form einer radialen Stufe 9 ausgebildet. Transition between the two axial sections 7, 8 is at a the Cavity 4 bounding radially inner peripheral side 10 in the form of a radial step 9 is formed.
Der Darstellung der Figur 1 entnimmt man ferner, dass der Hohlraum 4 entgegen der axialen Richtung A, also vom Ventilteller 3 weg, vom zweiten axialen The illustration of Figure 1 further takes away that the cavity 4 against the axial direction A, ie away from the valve disk 3, from the second axial
Abschnitt 8 in einen dritten axialen Abschnitt 14 übergeht, welcher einen dritten Hohlraum-Durchmesser d3 besitzt, der wiederum größer ist als der zweite Hohlraum-Durchmesser 02 ist, d.h. der Hohlraum-Durchmesser d des Hohlraums 4 nimmt entlang der axialen Richtung A zum Ventilteller 3 hin ab. Auch der Übergang zwischen zweitem und drittem axialen Abschnitt 8, 14 ist in Form einer radialen Stufe 15 ausgebildet, wodurch eine besonders gute Verwirbelung des Kühlmittels und dadurch ein besonders guter Wärmeübergang erzielt werden können. Section 8 merges into a third axial section 14 which has a third lumen diameter d3, which in turn is greater than the second lumen diameter 02, i. the cavity diameter d of the cavity 4 decreases along the axial direction A toward the valve disk 3. The transition between the second and third axial section 8, 14 is in the form of a radial step 15, whereby a particularly good turbulence of the coolant and thus a particularly good heat transfer can be achieved.
Die Figur 2 illustriert nun eine zum Beispiel der Figur 1 alternative FIG. 2 now illustrates an alternative, for example, of FIG
Ausgestaltungsvariante des Hohlventils 1 , bei welcher der Hohlraum 4 durch eine Bohrung 18 ausgebildet wird, die auf einer vom Ventilschaft 2 abgewandten Stirnseite 16 des Ventiltellers 3 in den Ventilteller 3 eingebracht wurde. In analoger Weise zur Kappe 12 des Beispiels der Figur 1 ist auch die Bohrung 18 mittels eines stopfenartig ausgebildeten Verschlusselements 17 fluiddicht verschlossen. Auch die Befestigung des Verschlusselements 17 kann dabei auf Basis eines Schweißprozesses erfolgen. Embodiment variant of the hollow valve 1, in which the cavity 4 is formed by a bore 18 which has been introduced on a side facing away from the valve stem 2 end 16 of the valve disk 3 in the valve disk 3. In a manner analogous to the cap 12 of the example of FIG. 1, the bore 18 is closed in a fluid-tight manner by means of a stopper-like closure element 17. The fastening of the closure element 17 can also be based on a welding process.
Im Beispiel der Figur 2 nimmt der Durchmesser des Hohlraums 4 in axialer Richtung zum Ventilschaftende 2 hin ab. Der erste Hohlraum-Durchmesser di des erste axialen Abschnitts weist im Szenario der Fig. 2 also einen größeren Wert auf als der zweite Hohlraum-Durchmesser 02 des zweiten axialen In the example of Figure 2, the diameter of the cavity 4 decreases in the axial direction to the valve stem end 2 from. Thus, in the scenario of FIG. 2, the first cavity diameter di of the first axial section has a greater value than the second cavity diameter 02 of the second axial section
Abschnitts 8 auf; dieser wiederum ist größer als der dritte Hohlraum- Durchmesser d3 des dritten axialen Abschnitts 14. Die Übergänge zwischen den axialen Abschnitten 7, 8, 14 sind in analoger Weise zum Beispiel der Figur 1 in Form radialer Stufen 9, 15 realisiert. Section 8; this in turn is larger than the third cavity diameter d3 of the third axial section 14. The transitions between the axial sections 7, 8, 14 are realized in an analogous manner, for example, the figure 1 in the form of radial steps 9, 15.
Die radialen Stufe 9, 15 sind vorzugsweise in einer Ebene angeordnet, die orthogonal zur axialen Richtung A verläuft. Mit anderen Worten, in dem in den Figuren gezeigten Längsschnitt des Ventilschafts 2 sind die radialen Stufen 9, 15 im Wesentlichen rechtwinklig, also "scharfkantig", ausgebildet. Die mit der Realisierung einer solchen Geometrie typischerweise verbundenen "scharfen" Kanten im Bereich der Stufen 9, 15 fördern die Bildung von Turbulenzen im Kühlmittel 5 und somit dessen Durchmischung. The radial step 9, 15 are preferably arranged in a plane which is orthogonal to the axial direction A. In other words, in the longitudinal section of the valve stem 2 shown in the figures, the radial steps 9, 15 are substantially rectangular, ie "sharp-edged". The "sharp" edges typically associated with the realization of such geometry in the region of the steps 9, 15 promote the formation of turbulence in the coolant 5 and thus its mixing.
Bei dem Hohlventil 1 nach der Fig. 1 kann im ersten Abschnitt 7 oberhalb des Ventiltellers 3 der Außendurchmesser dA lokal zylindrisch leicht reduziert sein, insbesondere um einige 1/10mm, wodurch die Wandstärke zumindest im ersten und zweiten Abschnitt 7, 8 nahezu gleich ist. In the hollow section 1 according to FIG. 1, in the first section 7 above the valve disk 3 the outside diameter dA can be reduced slightly locally, in particular by a few 1/10 mm, whereby the wall thickness is almost identical at least in the first and second sections 7, 8.
Zur Erhöhung der Verschleißbeständigkeit kann darüber hinaus zumindest ein Teil der Außenoberfläche des Hohlventils 1 mittels eines stromlosen oder galvanischen Prozesses beschichtet werden oder einer In order to increase the wear resistance, moreover, at least a part of the outer surface of the hollow valve 1 may be coated by means of an electroless or galvanic process or a
oberflächenmodifizierenden Behandlung, insbesondere Nitrieren, Borieren, Carbon itrieren, unterzogen werden. surface-modifying treatment, in particular nitriding, boriding, carbonitriding.
Auch kann vorgesehen sein, dass der Ventilschaft 2 aus mehreren einzelnen (Rohr-)abschnitten 7, 8, 14 mit unterschiedlichen Hohlraum-Durchmessern di , 02, 03 und/oder unterschiedlicher Werkstoffen zusammengesetzt ist, die durch einen Schweißprozess miteinander verbunden werden und deren Hohlräume 4 anschließend durch einen oder mehrere Bohrvorgänge nachbearbeitet worden werden. Die Figur 3 zeigt eine Variante des Beispiels der Figur 1 . Wird der erste It can also be provided that the valve stem 2 is composed of a plurality of individual (tube) sections 7, 8, 14 with different cavity diameters di, 02, 03 and / or different materials, which are joined together by a welding process and their cavities 4 subsequently be reworked by one or more drilling operations. FIG. 3 shows a variant of the example of FIG. 1. Will be the first
Hohlraum-Durchmesser wie in Figur 1 gezeigt d i kleiner als der zweite Hohlraum- Durchmesser 02 gewählt, so kann wie in Figur 3 dargestellt im ersten Abschnitt 7 vom zweiten Abschnitt 8 weg zum Ventilteller 3 hin ein axialer Schaftabschnitt 20 mit reduziertem Außendurchmesser dA ausgebildet werden. Auf diese Weise wird die Wandstärke des Ventilschafts 2 im Bereich des axialen Schaftabschnitts 20 reduziert, wodurch wiederum eine verbesserte thermische Kopplung des Cavity diameter as shown in Figure 1 d i chosen smaller than the second cavity diameter 02, as shown in Figure 3 in the first section 7 from the second portion 8 away to the valve plate 3 through an axial shaft portion 20 are formed with reduced outer diameter dA. In this way, the wall thickness of the valve stem 2 is reduced in the region of the axial shaft portion 20, which in turn improves the thermal coupling of the
Kühlmittels 5 im Hohlraum 4 mit der Umgebung des Ventilschafts 2 erreicht wird. Coolant 5 is achieved in the cavity 4 with the environment of the valve stem 2.
Wie die Figur 3 anschaulich belegt, wird der axiale Schaftabschnitt 20 As clearly shown in FIG. 3, the axial shaft section 20 becomes
vorzugsweise derart ausgebildet, dass die Wandstärke des Ventilschafts 2 im Bereich des axialen Schaftabschnitts 20 im Wesentlichen gleich einer preferably formed such that the wall thickness of the valve stem 2 in the region of the axial shaft portion 20 substantially equal to one
Wandstärke des Ventilschafts 2 im Bereich des zweiten Abschnitts 8 ist. Auf diese Weise kann entlang der axialen Richtung A des Ventilschafts 2 eine besonders homogene thermische Ankopplung des Kühlmittels 5 an die Wall thickness of the valve stem 2 in the region of the second portion 8 is. In this way, along the axial direction A of the valve stem 2, a particularly homogeneous thermal coupling of the coolant 5 to the
Umgebung des Ventilschafts 2 erreicht werden. Environment of the valve stem 2 can be achieved.
Besonders zweckmäßig kann die Reduzierung des Außendurchmessers dA im axialen Schaftabschnitt 20 einige 1/10mm betragen. Particularly expedient, the reduction of the outer diameter dA in the axial shaft portion 20 may be some 1 / 10mm.

Claims

Patentansprüche claims
1 . Hohlventil (1 ), insbesondere für eine Brennkraftmaschine, 1 . Hollow valve (1), in particular for an internal combustion engine,
mit einem Ventilschaft (2), welcher entlang seiner axialen Richtung (A) einen, vorzugsweise konstanten, Außendurchmesser (dA) aufweist und in der axialen Richtung (A) in einen radial nach außen vom Ventilschaft (2) abstehenden Ventilteller (3) übergeht, with a valve stem (2) which along its axial direction (A) has a preferably constant outer diameter (d A ) and merges in the axial direction (A) into a valve plate (3) projecting radially outwards from the valve stem (2) .
wobei im Ventilschaft (2) ein sich entlang der axialen Richtung (A)  wherein in the valve stem (2) along the axial direction (A)
erstreckender und im Wesentlichen zylindrisch ausgebildeter Hohlraum (4) vorgesehen ist, welcher wenigstens teilweise mit einem flüssigen oder verflüssigbaren Kühlmittel (5) befüllt ist,  extending and substantially cylindrically shaped cavity (4) is provided which is at least partially filled with a liquid or liquefiable coolant (5),
wobei der Hohlraum (4) entgegen der axialen Richtung (A), vom Ventilteller (3) weg, von einem ersten in einen zweiten axialen Abschnitt (7, 8) übergeht, wobei der Hohlraum (4) im ersten axialen Abschnitt (7) einen ersten  wherein the cavity (4), opposite to the axial direction (A), away from the valve plate (3), from a first into a second axial section (7, 8), wherein the cavity (4) in the first axial section (7) first
Hohlraum-Durchmesser (di) aufweist, der von einem zweiter Hohlraum- Durchmesser (d2) im zweiten axialen Abschnitt (8) verschieden ist, so dass sich der Durchmesser des Hohlraums (4) innerhalb des Ventilschafts (2) ändert. Cavity diameter (di), which is different from a second cavity diameter (d 2 ) in the second axial portion (8), so that the diameter of the cavity (4) within the valve stem (2) changes.
2. Hohlventil nach Anspruch 1 , 2. Hollow valve according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
eine den Hohlraum (4) begrenzende radial innere Umfangsseite (10) im Übergangsbereich zwischen dem ersten und dem zweiten axialen Abschnitt (7, 8) eine (erste) radiale Stufe (9) ausbildet.  a radially inner peripheral side (10) bounding the cavity (4) forms a (first) radial step (9) in the transition region between the first and the second axial section (7, 8).
3. Hohlventil nach Anspruch 1 oder 2, 3. Hollow valve according to claim 1 or 2,
dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (4) durch eine Bohrung (13) ausgebildet ist, welche auf einer vom Ventilteller (3) abgewandten Stirnseite (1 1 ) des Ventilschafts (2) vorgesehen ist, characterized in that the cavity (4) is formed by a bore (13) which is provided on an end face (11) of the valve stem (2) facing away from the valve disk (3),
das auf der Stirnseite (1 1 ) eine den Ventilschaft (2) entgegen der axialen Richtung (A) verlängernde Kappe (12) angebracht ist, welche die Bohrung (13) fluiddicht verschließt.  on the front side (1 1) a the valve stem (2) against the axial direction (A) extending cap (12) is mounted, which closes the bore (13) fluid-tight.
4. Hohlventil nach Anspruch 3, 4. Hollow valve according to claim 3,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Kappe (12) an der Stirnseite (1 1 ) angeschweißt ist.  the cap (12) on the front side (1 1) is welded.
5. Hohlventil nach Anspruch 1 oder 2, 5. Hollow valve according to claim 1 or 2,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
der Hohlraum (4) durch eine Bohrung (13) ausgebildet ist, welche auf einer vom Ventilschaft (2) abgewandten Stirnseite (16) des Ventiltellers (3) vorgesehen ist,  the cavity (4) is formed by a bore (13) which is provided on an end face (16) of the valve disk (3) remote from the valve stem (2),
die Bohrung (13) mittels eines stopfenartig ausgebildeten  the bore (13) by means of a plug-like design
Verschlusselements (17) fluiddicht verschlossen ist.  Closure element (17) is sealed fluid-tight.
6. Hohlventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 6. Hollow valve according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
der erste Hohlraum-Durchmesser (di) größer ist als der zweite Hohlraum- Durchmesser (d2). the first cavity diameter (di) is larger than the second cavity diameter (d 2 ).
7. Hohlventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, 7. Hollow valve according to one of claims 1 to 5,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
der erste Hohlraum-Durchmesser (di) kleiner ist als der zweite Hohlraum- Durchmesser (d2). the first cavity diameter (di) is smaller than the second cavity diameter (d 2 ).
8. Hohlventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 8. Hollow valve according to one of the preceding claims, characterized in that
im ersten Abschnitt (7) ein axialer Schaftabschnitt (20) mit reduziertem  in the first section (7) an axial shaft section (20) with reduced
Außendurchmesser (dA) ausgebildet ist.  Outer diameter (dA) is formed.
9. Hohlventil nach Anspruch 8, 9. Hollow valve according to claim 8,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
der axiale Schaftabschnitt (20) derart ausgebildet ist, dass  the axial shaft portion (20) is formed such that
eine Wandstärke des Ventilschafts (2) im Bereich des axialen  a wall thickness of the valve stem (2) in the region of the axial
Schaftabschnitts (20) im Wesentlichen gleich einer Wandstärke des  Shaft portion (20) substantially equal to a wall thickness of the
Ventilschafts (2) im Bereich des zweiten Abschnitts (8) ist.  Valve stem (2) in the region of the second portion (8).
10. Hohlventil nach Anspruch 8 oder 9, 10. Hollow valve according to claim 8 or 9,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Reduzierung des Außendurchmessers (dA) im axialen Schaftabschnitt (20) einige 1/10mm beträgt.  the reduction of the outer diameter (dA) in the axial shaft portion (20) is a few 1 / 10mm.
1 1 . Hohlventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 1 1. Hollow valve according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
der Hohlraum (4) entgegen der axialen Richtung (A), vom Ventilteller (3) weg, vom zweiten axialen Abschnitt (8) in einen dritten axialen Abschnitt (14) übergeht, welcher einen dritten Hohlraum-Durchmesser (ds) aufweist, der größer oder kleiner ist als der zweite Hohlraum-Durchmesser (d2).  the cavity (4), opposite to the axial direction (A), moves away from the valve head (3), from the second axial section (8) to a third axial section (14) having a third cavity diameter (ds) larger or smaller than the second cavity diameter (d2).
12. Hohlventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 12. Hollow valve according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
eine den Hohlraum (4) begrenzende radial innere Umfangsseite (10) im Übergangsbereich zwischen dem zweiten und dem dritten axialen Abschnitt (8, 14) eine (zweite) radiale Stufe (15) ausbildet.  a radially inner peripheral side (10) bounding the cavity (4) forms a (second) radial step (15) in the transition region between the second and third axial sections (8, 14).
13. Hohlventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 13. Hollow valve according to one of the preceding claims, characterized in that
die erste und/oder zweite radiale Stufe (9, 15) in einer Ebene liegt, die orthogonal zur axialen Richtung (A) angeordnet ist.  the first and / or second radial step (9, 15) lies in a plane that is orthogonal to the axial direction (A).
14. Hohlventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 14. Hollow valve according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
der Hohlraum-Durchmesser des Hohlraums (4) entlang der axialen Richtung (A) entweder zunimmt oder abnimmt.  the cavity diameter of the cavity (4) either increases or decreases along the axial direction (A).
15. Hohlventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 15. Hollow valve according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass zumindest ein Teil der Außenoberfläche des Hohlventils (1 ) mittels eines stromlosen oder galvanischen Prozesses beschichtet ist oder oberflächenmodifizierend behandelt, insbesondere nitriert, boriert,  at least part of the outer surface of the hollow valve (1) is coated by means of an electroless or galvanic process or is surface-modified, in particular nitrided, borated,
carbonitriert ist.  carbonitrated.
16. Hohlventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 16. Hollow valve according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass der Ventilschaft (2) aus mehreren einzelnen (Rohr-)abschnitten (7,8,14) mit unterschiedlichen Hohlraum-Durchmessern (di, 02, ds) und/oder unterschiedlichen Werkstoffe zusammengesetzt ist, die durch einen  the valve stem (2) is composed of a plurality of individual (tube) sections (7, 8, 14) with different cavity diameters (di, 02, ds) and / or different materials, which are separated by a
Schweißprozess miteinander verbunden sind und deren Hohlräume (4) anschließend durch einen oder mehrere Bohrvorgänge nachbearbeitet worden sind.  Welding process are connected together and their cavities (4) have been subsequently reworked by one or more drilling operations.
17. Brennkraftmaschine, insbesondere Hubkolbenmotor mit wenigstens einem Hohlventil (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche. 17. internal combustion engine, in particular reciprocating engine with at least one hollow valve (1) according to one of the preceding claims.
PCT/EP2014/068278 2013-09-16 2014-08-28 Hollow valve, in particular for an internal combustion engine WO2015036257A1 (en)

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