DE102007029675A1

DE102007029675A1 - Gaswechselventil

Info

Publication number: DE102007029675A1
Application number: DE102007029675A
Authority: DE
Inventors: Olaf Dr. Josef; Benjamin Weidenkaff
Original assignee: TRW Automotive GmbH
Current assignee: ZF Automotive Germany GmbH
Priority date: 2007-06-27
Filing date: 2007-06-27
Publication date: 2009-01-02

Abstract

Bei einem Gaswechselventil, insbesondere für einen Verbrennungsmotor, aus einer Aluminiumlegierung, mit einem einen Ventilschaft (14) und einen Ventilteller (16) aufweisenden Grundkörper (12), ist wenigstens ein verschleißfestes Bauteil aus einem verschleißfesten Material durch Löten mit dem Grundkörper (12) des Gaswechselventils (10) verbunden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Gaswechselventil, insbesondere für einen Verbrennungsmotor.
Solche Gaswechselventile sind hohen Belastungen ausgesetzt, wodurch die Zahl der geeigneten Materialien eingeschränkt ist. Andererseits besteht aber das Bestreben, die Masse des Ventils so weit wie möglich zu reduzieren. Zu diesem Zweck wäre es vorteilhaft, das Ventil aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung zu fertigen. Diese Materialien sind jedoch aufgrund ihrer geringen Stützfähigkeit sehr verschleißanfällig.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein leichtgewichtiges Gaswechselventil mit einer hohen Verschleißfestigkeit bereitzustellen.
Dies wird erreicht, indem bei einem Gaswechselventil, insbesondere für einen Verbrennungsmotor, das aus einer Aluminiumlegierung besteht und einen Grundkörper miteinem Ventilschaft und einem Ventilteller aufweist, wenigstens ein verschleißfestes Bauteil aus einem verschleißfesten Material durch Löten mit dem Grundkörper des Gaswechselventils verbunden ist. Die Verschleißanfälligkeit des Aluminiums wird also erfindungsgemäß dadurch ausgeglichen, daß an den besonders verschleißanfälligen Stellen des Gaswechselventils Bauteile aus verschleißfestem Material vorgesehen sind. Diese Ausbildung erlaubt es zudem, die Materialien für den Grundkörper und das oder die verschleißfesten Bauteile in freier Kombination zu wählen. Eine Affinität der Materialien zueinander ist nicht notwendig, da diese durch die Verwendung des Lots als Zwischenwerkstoff vermittelt wird. Vor allem können für das verschleißfeste Bauteil auch Materialien verwendet werden, die einen höheren Schmelzpunkt als Aluminium aufweisen und die in einem Schweißverfahren nicht mit dem Aluminiumgrundkörper zu verbinden wären.
Als verschleißfeste Materialien kommen z. B. härtbarer Stahl, Stähle mit Hartphasen, Titan oder Titanaluminid, auch mit Beschichtungen, in Frage.
Das verschleißfeste Bauteil ist vorzugsweise als selbsttragendes Bauteil ausgeführt. Es handelt sich also nicht um eine aufwendig aufzubringende Beschichtung, sondern vorteilhaft um ein vorgefertigtes, eigenständiges Bauteil, das mit dem Grundkörper verlötet wird.
In einer anderen Ausführungsform ist das verschleißfeste Bauteil durch eine Schicht des Lots selbst gebildet. Es hat sich herausgestellt, daß mit einem geeignet harten Lot eine ausreichende Verschleißfestigkeit erzielt werden kann, so daß auf weitere Bauteile verzichtet werden kann.
Eine mögliche Ausbildung eines verschleißfesten Bauteils ist eine Kappe, die am Ende des Ventilschafts, also einer hohen Belastungen ausgesetzten Stelle, angeordnet ist.
Eine andere mögliche Ausbildung eines verschleißfesten Bauteils ist ein Ring, der am Ventilsitz, einer weiteren Stelle, die hohen Belastungen ausgesetzt ist, angeordnet ist.
Der Ring kann in eine Nut am Ventilteller eingesetzt sein, um eine zusätzliche Abstützung am Grundkörper zu ermöglichen.
Es ist auch möglich, den Ring so anzuordnen, daß er den Ventilteller im Bereich dessen größten Durchmessers in axialer Richtung umgreift. Auf diese Weise ist einer der verschleißanfälligen Abschnitte des Gaswechselventils, nämlich die Anlage des Ventiltellers am Ventilsitz, gut geschützt. Durch das Umgreifen wird ausgeschlossen, daß sich in diesem sensiblen Bereich Kanten bilden, die die Schließwirkung des Gaswechselventils behindern könnten.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in bezug auf die beigefügten Zeichnungen. In diesen zeigen:
1 eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Gaswechselventils gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Gaswechselventils gemäß einer zweiten Ausführungsform; und
3 eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Gaswechselventils gemäß einer dritten Ausführungsform.
In den Figuren ist jeweils ein Gaswechselventil 10 im Schnitt gezeigt, wie es zum Einsatz in einem Verbrennungsmotor verwendbar ist.
Das Gaswechselventil 10 besitzt einen Grundkörper 12 aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, der sich aus einem Ventilschaft 14 und einem Ventilteller 16 zusammensetzt, die einstückig miteinander verbunden sind.
Am oberen Ende 18 des Ventilschafts 14 sowie im Bereich 20 des größten Durchmessers des Ventiltellers 16 sind jeweils verschleißfeste Bauteile aus einem verschleißfesten Material am Grundkörper 12 befestigt. Die Befestigung erfolgt durch Löten mit einem geeigneten Lotmaterial.
Die verschleißfesten Bauteile sind alle als selbsttragende Bauteile, zum Beispiel als dünne Metallbleche, ausgebildet. Sie sind als eigenständige Bauteile vorgefertigt und werden als ganzes mit dem Grundkörper 12 verlötet, also nicht in Form eines Pulvers oder einer Beschichtung aufgebracht.
Am oberen Ende 18 des Ventilschafts 14 ist als verschleißfestes Bauteil eine Kappe 22 befestigt. Im Beispiel der 1 handelt es sich hierbei um eine flache Platte, deren Durchmesser dem Durchmesser des oberen Endes 18 des Ventilschafts 14 entspricht.
Am Ventilteller 16 ist im Grundkörper 12 eine ringförmige Nut 24 ausgebildet. In diese Nut 24 ist ein weiteres verschleißfestes Bauteil, hier ein Ring 26 aus einem verschleißfesten Material, eingelötet. Der Ring 26 ist in seinen Abmessungen so gewählt, daß er sich an die Kontur des Ventiltellers 16 anpaßt. In diesem Fall schließt die Oberfläche des Rings 26 bündig mit der Oberfläche des Ventiltellers 16 ab.
Durch die Kappe 22 und den Ring 26 ist der Grundkörper 12 an den besonders dem Verschleiß ausgesetzten Stellen durch verschleißfeste Bauteile geschützt. Diese verschleißfesten Bauteile bilden eine Bewehrung, die die Lebensdauer des Gaswechselventils 10 deutlich erhöht.
In den 2 und 3 sind weitere mögliche Ausbildungen der verschleißfesten Bauteile dargestellt.
In 2 weist die Kappe 222 eine mittige Ausnehmung auf, während das obere Ende 218 des Ventilschafts 14 einen an die Form der Ausnehmung angepaßten Vorsprung besitzt. Zusätzlich zur Lötverbindung wird so die Verbindung durch den Formschluß stabilisiert.
Der Ring 226 ist bei dem in 2 gezeigten Beispiel nicht in einer Nut des Ventiltellers 16 aufgenommen, sondern direkt auf die Oberfläche des Ventiltellers 16 aufgelötet.
Im Beispiel der 3 weist die Kappe 322 einen mittigen Vorsprung auf, der in eine mittige Ausnehmung des oberen Endes 318 des Ventilschafts 14 eingreift, um die Kappe 322 am Ventilschaft 14 zusätzlich zu der Lötverbindung zu stabilisieren.
Der Ring 326 ist, wie bei der Version nach 2, auf die Oberfläche des Ventiltellers 16 aufgelötet. In diesem Fall erstreckt sich der Ring 326 in axialer Richtung A über den gesamten Bereich des größten Durchmessers des Ventiltellers 16 und umgreift diesen, so daß die axialen Enden des Rings radial nach innen ragen.
In einer anderen, nicht dargestellten Ausführungsform ist das verschleißfeste Bauteil durch eine Schicht des Lots selbst gebildet. Hierzu wird ein Lot mit einer ausreichenden Härte bzw. Grundfestigkeit eingesetzt. Das Lot kann zur Erzielung der notwendigen Verschleißfestigkeit Hartphasen enthalten.
Die einzelnen gezeigten Varianten für die verschleißfesten Bauteile, sowohl für die Kappe als auch für den Ring, können selbstverständlich im Ermessen des Fachmanns miteinander kombiniert oder gegeneinander ausgetauscht werden. So wäre es zum Beispiel auch möglich, den Ring 326 mit einer Nut 24 zu kombinieren.

Claims

Gaswechselventil, insbesondere für einen Verbrennungsmotor, aus einer Aluminiumlegierung, mit einem einen Ventilschaft (14) und einen Ventilteller (16) aufweisenden Grundkörper (12), bei dem wenigstens ein verschleißfestes Bauteil aus einem verschleißfesten Material durch Löten mit dem Grundkörper (12) des Gaswechselventils (10) verbunden ist.
Gaswechselventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das verschleißfeste Bauteil als selbsttragendes Bauteil ausgeführt ist.
Gaswechselventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das verschleißfeste Bauteil durch eine Schicht des Lots gebildet ist.
Gaswechselventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das verschleißfeste Bauteil eine Kappe (22, 222, 322) ist, die am Ende (18, 218, 318) des Ventilschafts (14) angeordnet ist.
Gaswechselventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das verschleißfeste Bauteil ein Ring (26, 226, 326) ist, der am Ventilsitz (16) angeordnet ist.
Gaswechselventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (26) in eine Nut (24) am Ventilteller (16) eingesetzt ist.
Gaswechselventil nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (326) den Ventilteller (16) im Bereich dessen größten Durchmessers in axialer Richtung (A) umgreift.