DE102017102544A1 - Valve seat ring of a gas exchange valve, gas exchange valve and method of manufacturing the valve seat ring - Google Patents

Valve seat ring of a gas exchange valve, gas exchange valve and method of manufacturing the valve seat ring Download PDF

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Abstract

Ventilsitzring (10) für ein Gaswechselventil eines Zylinders einer Brennkraftmaschine, wobei ein Ventilkörper des Gaswechselventils zum Schließen des Gaswechselventils an dem Ventilsitzring zur Anlage bringbar ist, und wobei der Ventilkörper zum Öffnen des Gaswechselventils von dem Ventilsitzring entfernbar ist. Der Ventilsitzring (10) besteht aus unterschiedlichen Werkstoffen, nämlich in ersten Abschnitten (13) aus einem ersten Werkstoff und in zweiten Abschnitten (14) aus einem zweiten Werkstoff, wobei der erste Werkstoff im Vergleich zum zweiten Werkstoff eine höhere Festigkeit aufweist, und wobei der zweite Werkstoff im Vergleich zum ersten Werkstoff eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist.Valve seat ring (10) for a gas exchange valve of a cylinder of an internal combustion engine, wherein a valve body of the gas exchange valve for closing the gas exchange valve to the valve seat ring is engageable, and wherein the valve body for opening the gas exchange valve is removable from the valve seat ring. The valve seat ring (10) consists of different materials, namely in first sections (13) of a first material and in second sections (14) of a second material, wherein the first material compared to the second material has a higher strength, and wherein the second material has a higher thermal conductivity compared to the first material.

Description

Die Erfindung betrifft einen Ventilsitzring eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Gaswechselventil für eine Brennkraftmaschine und ein Verfahren zum Herstellen des Ventilsitzrings.The invention relates to a valve seat ring of a gas exchange valve of an internal combustion engine. Furthermore, the invention relates to a gas exchange valve for an internal combustion engine and to a method for producing the valve seat ring.

Aus der Praxis bekannte Brennkraftmaschinen verfügen über Gaswechselventile, nämlich über einlassseitige Gaswechselventile, über welche Zylindern der Brennkraftmaschine Ladeluft zugeführt werden kann, sowie über auslassseitige Wechselventile, über welche von den Zylindern der Brennkraftmaschine Abgas abgeführt werden kann.From the practice known internal combustion engines have gas exchange valves, namely on the inlet side gas exchange valves, via which cylinders the internal combustion engine charge air can be supplied, as well as on outlet side shuttle valves, which can be removed from the cylinders of the engine exhaust.

Jedes Gaswechselventil einer Brennkraftmaschine verfügt über einen Ventilkörper, wobei mit dem Ventilkörper ein Ventilsitzring zusammenwirkt. Bei geschlossenem Gaswechselventil liegt bzw. sitzt der Ventilkörper mit einem definierten Bereich an einem definierten Oberflächenbereich des Ventilsitzrings an bzw. auf, wohingegen bei geöffnetem Gaswechselventil dieser Bereich des Ventilkörpers nicht am Ventilsitzring anliegt sondern vom Ventilsitzring entfernt bzw. abgehoben ist.Each gas exchange valve of an internal combustion engine has a valve body, wherein a valve seat ring cooperates with the valve body. When the gas exchange valve is closed, the valve body lies or sits with a defined area on a defined surface area of the valve seat ring, whereas with the gas exchange valve open, this area of the valve body does not rest on the valve seat ring but is removed or lifted away from the valve seat ring.

Aus der Praxis bekannte Ventilsitzringe von Gaswechselventilen sind durchgehend aus ein und demselben Werkstoff gefertigt und teilweise mit einem Verschleißschutz versehen (z.B. Panzerung). Infolge von zunehmend höheren Drücken und Temperaturen in den Brennräumen von Zylindern steigen die Anforderungen an die Ventilsitzringe von Gaswechselventilen insbesondere hinsichtlich Festigkeit, Wärmeleitfähigkeit und Verschleißbeständigkeit. Mit aus der Praxis bekannten Ventilsitzringen können diese Anforderungen nur unzureichend erfüllt werden.Valve seat rings of gas exchange valves which are known from practice are made of one and the same material throughout and are partly provided with wear protection (for example armor). As a result of increasingly higher pressures and temperatures in the combustion chambers of cylinders, the demands placed on the valve seat rings of gas exchange valves, in particular with regard to strength, thermal conductivity and wear resistance, are increasing. With known from practice valve seat rings these requirements can be met only insufficient.

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen neuartigen Ventilsitzring eines Gaswechselventils, ein Gaswechselventil mit einem solchen Ventilsitzring und ein Verfahren zum Herstellen des Ventilsitzrings zu schaffen.On this basis, the present invention seeks to provide a novel valve seat ring of a gas exchange valve, a gas exchange valve with such a valve seat ring and a method for producing the valve seat ring.

Diese Aufgabe wird durch einen Ventilsitzring nach Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß besteht der Ventilsitzring aus unterschiedlichen Werkstoffen, nämlich in ersten Abschnitten aus einem ersten Werkstoff und in zweiten Abschnitten aus einem zweiten Werkstoff, wobei der erste Werkstoff im Vergleich zum zweiten Werkstoff eine höhere Festigkeit aufweist, und wobei der zweite Werkstoff im Vergleich zum ersten Werkstoff eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist. Die Erfindung schlägt demnach einen Ventilsitzring vor, der nicht durchgehend aus ein und demselben Werkstoff gefertigt ist, sondern der vielmehr im Sinne einer Verbundstruktur Abschnitte aus unterschiedlichen Werkstoffen aufweist. Die ersten Abschnitte aus dem ersten Werkstoff übernehmen die Hauptfunktion der statischen und dynamischen Festigkeit des Ventilsitzrings. Die zweiten Abschnitte aus dem zweiten Werkstoff übernehmen die Funktion eines hohen Wärmeabtransports vom Ventilsitzring. Wechselweise unterstützen dabei die beiden Werkstoffe die jeweilige Hauptfunktion des jeweils anderen Werkstoffs. Die Verwendung der unterschiedlichen Werkstoffe verfügt dabei über den Vorteil, dass die Werkstoffe individuell angepasst auf deren Hauptfunktion ausgewählt werden können und nicht ein einzelner Werkstoff die Anforderungen an eine hohe Festigkeit und an eine gute Wärmeleitfähigkeit gleichzeitig erfüllen muss.This object is achieved by a valve seat ring according to claim 1. According to the valve seat ring of different materials, namely in first sections of a first material and in second sections of a second material, wherein the first material compared to the second material has a higher strength, and wherein the second material in comparison to the first material a has higher thermal conductivity. Accordingly, the invention proposes a valve seat ring which is not made of one and the same material throughout, but rather has portions of different materials in the sense of a composite structure. The first sections of the first material take over the main function of the static and dynamic strength of the valve seat ring. The second sections of the second material take over the function of a high heat dissipation from the valve seat ring. Alternatively, the two materials support the respective main function of the other material. The use of the different materials has the advantage that the materials can be individually tailored to their main function can be selected and not a single material must meet the requirements for high strength and good thermal conductivity simultaneously.

Vorzugsweise ist der Ventilsitzring in einem dritten Abschnitt aus einem dritten Werkstoff gebildet, wobei der dritte Werkstoff im Vergleich zum ersten und zweiten Werkstoff eine höhere Duktilität aufweist. Mit dem dritten Werkstoff im dritten Bereich des Ventilsitzrings kann insbesondere das Schließverhalten des Gaswechselventils positiv beeinflusst werden. Durch die hohe Duktilität im dritten Abschnitt wird gewährleistet, dass eine Dichtwirkung zwischen Ventilsitzring und Ventilkörper des Gaswechselventils bereits innerhalb weniger Betriebsstunden erreicht wird und sich somit Betriebsschwankungen reduzieren.Preferably, the valve seat ring is formed in a third portion of a third material, wherein the third material has a higher ductility compared to the first and second material. With the third material in the third region of the valve seat ring, in particular the closing behavior of the gas exchange valve can be positively influenced. The high ductility in the third section ensures that a sealing effect between valve seat ring and valve body of the gas exchange valve is achieved within a few hours of operation and thus reduce operating fluctuations.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Ventilsitzring mehrteilig ausgebildet, wobei ein erster Teil, welcher mit dem Ventilkörper zusammenwirkt und gekühlt ist, die aus den unterschiedlichen Werkstoffen bestehenden Abschnitte aufweist, und wobei ein zweiter Teil, welcher der Montage des Ventilsitzrings in der Brennkraftmaschine dient, durchgehend aus einem Werkstoff besteht, wobei die beiden Teile fest miteinander verbunden sind. Dies ist für eine wirtschaftliche Fertigung des Ventilsitzrings von Vorteil. Lediglich die hinsichtlich Festigkeit und Wärmeleitfähigkeit sowie Dichtwirkung kritischen Bereiche des Ventilsitzrings werden aus Abschnitten unterschiedlicher Werkstoffe gefertigt. Derjenige Teil des Ventilsitzrings, welcher der Montage desselben in der Brennkraftmaschine dient, kann auf konventionelle Art und Weise aus ein und demselben Werkstoff gefertigt werden.According to an advantageous development of the valve seat ring is formed in several parts, wherein a first part, which cooperates with the valve body and is cooled, which consists of the different materials sections, and wherein a second part, which serves for mounting the valve seat ring in the internal combustion engine, continuously consists of a material, the two parts are firmly connected. This is advantageous for economical production of the valve seat ring. Only in terms of strength and thermal conductivity and sealing effect critical areas of the valve seat ring are made of sections of different materials. The part of the valve seat ring, which serves to assemble the same in the internal combustion engine, can be manufactured in the conventional manner from one and the same material.

Das erfindungsgemäße Gaswechselventil ist in Anspruch 11. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen des Ventilsitzrings ist in Anspruch 12 oder 13 definiert.The gas exchange valve according to the invention is in claim 11. The inventive method for producing the valve seat ring is defined in claim 12 or 13.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:

  • 1 einen Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine im Bereich eines erfindungsgemäßen Ventilsitzrings des Gaswechselventils.
Preferred embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims and the description below. Embodiments of the invention will be described, without being limited thereto, with reference to the drawings. Showing:
  • 1 a detail of an internal combustion engine according to the invention in the region of a valve seat ring according to the invention of the gas exchange valve.

Die Erfindung betrifft einen Ventilsitzring für ein Gaswechselventil einer Brennkraftmaschine, ein Gaswechselventil mit einem solchen Ventilsitzring sowie ein Verfahren zum Herstellen des Ventilsitzrings.The invention relates to a valve seat ring for a gas exchange valve of an internal combustion engine, a gas exchange valve with such a valve seat ring and a method for producing the valve seat ring.

1 zeigt stark schematisiert einen Ausschnitt aus einem Ventilsitzring 10 für ein Gaswechselventil eines Zylinders einer Brennkraftmaschine. Bei dem Gaswechselventil kann es sich um ein einlassseitiges Gaswechselventil für Ladeluft oder auch um ein auslassseitiges Gaswechselventil für Abgas handeln. 1 shows very schematically a section of a valve seat ring 10 for a gas exchange valve of a cylinder of an internal combustion engine. The gas exchange valve may be an inlet-side gas exchange valve for charge air or also an exhaust-side gas exchange valve for exhaust gas.

Der in 1 gezeigte Ventilsitzring 10 wirkt mit einem nicht gezeigten Ventilkörper zusammen, wobei der Ventilkörper auch als Ventilkegel oder Ventilteller bezeichnet wird. Zum Schließen des Gaswechselventils ist der Ventilkörper an den Ventilsitzring 10 zur Anlage bringbar, wobei in Kontakt gebrachte Abschnitte bzw. Oberflächenbereiche von Ventilkörper und Ventilsitzring 10 die Dichtwirkung bereitstellen. Zum Öffnen des Gaswechselventils ist der Ventilkörper von dem Ventilsitzring 10 entfernbar, insbesondere abhebbar.The in 1 shown valve seat ring 10 acts together with a valve body, not shown, wherein the valve body is also referred to as a valve cone or valve plate. To close the gas exchange valve is the valve body to the valve seat ring 10 brought to the plant, wherein brought into contact portions or surface areas of the valve body and valve seat ring 10 provide the sealing effect. To open the gas exchange valve, the valve body is removable from the valve seat ring 10, in particular liftable.

Der in 1 gezeigte Ventilsitzring 10 verfügt über zwei Teile 11, 12, die fest miteinander verbunden sind, und zwar in 1 über eine Schweißnaht 18. Der erste Teil 11 des Ventilsitzrings 10 ist derjenige Teil, welcher mit dem Ventilkörper zusammenwirkt und hinsichtlich Festigkeit, Wärmeleitfähigkeit und Dichtwirkung entsprechend ausgelegt sein muss. Der zweite Teil 12 des Ventilsitzrings 10 dient der Montage der Ventilsitzrings 10 in einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine.The in 1 shown valve seat ring 10 has two parts 11 . 12 , which are firmly connected, in 1 over a weld 18 , The first part 11 of the valve seat ring 10 is that part which cooperates with the valve body and must be designed according to strength, thermal conductivity and sealing effect. The second part 12 of the valve seat ring 10 serves to assemble the valve seat ring 10 in a cylinder head of the internal combustion engine.

Der zweite Teil 12 des Ventilsitzrings 10, welcher der Montage des Ventilsitzrings 10 in der Brennkraftmaschine, insbesondere im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine, dient, ist durchgehend aus ein und demselben Werkstoff gefertigt, wobei dieser zweite Teil 12 insbesondere über ein spanendes Fertigungsverfahren, wie zum Beispiel Fräsen oder Drehen, hergestellt sein kann.The second part 12 of the valve seat ring 10 , which is used to mount the valve seat ring 10 in the internal combustion engine, in particular in the cylinder head of the internal combustion engine, is made continuously from one and the same material, said second part 12 in particular via a machining production process, such as milling or turning, can be made.

Der erste Teil 11 des Ventilsitzrings 10 der 1, welcher mit dem Ventilkörper zusammenwirkt, ist aus unterschiedlichen Werkstoffen gefertigt.The first part 11 of the valve seat ring 10 of the 1 , which cooperates with the valve body, is made of different materials.

So weist der Teil 11 des Ventilsitzrings 10 erste Abschnitte 13 aus einem ersten Werkstoff und zweite Abschnitte 14 aus einem zweiten Werkstoff auf, wobei der erste Werkstoff der ersten Abschnitte 13 im Vergleich zum zweiten Werkstoff der zweiten Abschnitte 14 eine höhere Festigkeit aufweist, und wobei der zweite Werkstoff der zweiten Abschnitte 14 im Vergleich zum ersten Werkstoff der ersten Abschnitte 13 eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist.This is how the part points 11 of the valve seat ring 10 first sections 13 from a first material and second sections 14 of a second material, wherein the first material of the first sections 13 compared to the second material of the second sections 14 has a higher strength, and wherein the second material of the second sections 14 compared to the first material of the first sections 13 has a higher thermal conductivity.

Die aus dem ersten Werkstoff gefertigten ersten Abschnitte 13 stellen in erster Linie eine ausreichende statische und dynamische Festigkeit des Ventilsitzrings 10 sicher. Die zweiten Abschnitte 14 aus dem zweiten Werkstoff stellen in erster Linie eine entsprechend hohe Wärmeleitfähigkeit bereit, um einen hohen Wärmeabtransport von zu temperierenden Oberflächen des Ventilsitzrings 10 zu ermöglichen. Beide Abschnitte aus den unterschiedlichen Werkstoffen übernehmen dabei zusätzlich jeweils unterstützend die Funktion des jeweiligen anderen Bereichs aus dem anderen Werkstoff.The first sections made of the first material 13 provide first and foremost sufficient static and dynamic strength of the valve seat ring 10 for sure. The second sections 14 From the second material provide a correspondingly high thermal conductivity in the first place, to a high heat dissipation of tempering surfaces of the valve seat ring 10 to enable. Both sections of the different materials additionally assume the function of the respective other area from the other material.

Die Abschnitte 13 und 14 aus den unterschiedlichen Werkstoffen bilden dabei eine Verbundstruktur aus. Jeder der Werkstoffe der beiden Abschnitte 13 und 14 kann dabei separat auf die jeweilige Hauptfunktion ausgewählt bzw. ausgelegt werden. Der erste Werkstoff ist vorzugsweise ein erster metallischer Werkstoff. Ebenso ist der zweite Werkstoff vorzugsweise ein zweiter metallischer Werkstoff.The sections 13 and 14 From the different materials form a composite structure. Each of the materials of the two sections 13 and 14 can be selected or designed separately for each main function. The first material is preferably a first metallic material. Likewise, the second material is preferably a second metallic material.

Vorzugsweise beträgt die Festigkeit des ersten Werkstoffs der ersten Abschnitte 13 zwischen 740 N/m2 und 1200 N/m2. Als erster Werkstoff für die ersten Abschnitte 13 findet vorzugsweise folgender Werkstoff Verwendung: Stellite 12Preferably, the strength of the first material of the first sections 13 is between 740 N / m 2 and 1200 N / m 2 . As the first material for the first sections 13 the following material is preferably used: Stellite 12

Die Wärmeleitfähigkeit des zweiten Werkstoffs der zweiten Abschnitte 14 beträgt vorzugsweise zwischen 250 W/mK und 400 W/mK Als zweiter Werkstoff für die zweiten Abschnitte 14 findet vorzugsweise folgender Werkstoff Verwendung: KupferThe thermal conductivity of the second material of the second sections 14 is preferably between 250 W / mK and 400 W / mK Second material for the second sections 14 preferably the following material is used: copper

Die aus dem ersten Werkstoff mit hoher Festigkeit gebildeten ersten Abschnitte 13 bilden vorzugsweise eine dreidimensionale Struktur aus, wobei die zweiten Abschnitte 14 aus dem zweiten Werkstoff mit der relativ hohen Wärmeleitfähigkeit dadurch ausgebildet sind, dass die Hohlräume oder Freiräume der dreidimensionalen Struktur mit dem zweiten Werkstoff gefüllt sind. Die dreidimensionale Struktur kann dabei eine regelmäßige Struktur, insbesondere eine Wabenstruktur oder Fachwerkstruktur, oder auch eine unregelmäßige Struktur, insbesondere eine Schaumstruktur, sein.The first sections formed from the first high strength material 13 preferably form a three-dimensional structure, wherein the second sections 14 are formed from the second material having the relatively high thermal conductivity characterized in that the cavities or spaces of the three-dimensional structure are filled with the second material. The three-dimensional structure may be a regular structure, in particular a honeycomb structure or truss structure, or else an irregular structure, in particular a foam structure.

Es liegt demnach im Sinne der Erfindung, dass der Ventilsitzring 10 zumindest im Bereich des Teils 11, welcher mit einem Ventilkörper zusammenwirkt, Abschnitte 13, 14 aus unterschiedlichen Werkstoffen aufweist, nämlich die ersten Abschnitte 13 aus dem ersten Werkstoff zur Bereitstellung der Hauptfunktion der statischen und dynamischen Festigkeit des Ventilsitzrings 10 und die zweiten Abschnitte 14 aus dem zweiten Werkstoff zur Bereitstellung eines hohen Wärmeabtransports von zu temperierenden Abschnitten, wie Oberflächenbereichen, des Ventilsitzrings 10. 1 zeigt im Bereich des Teils 11 des Ventilsitzrings 10 eine Kühleinrichtung im Sinne eines Kühlrohrs bzw. Kühlkanals, die von Kühlmittel durchströmt ist, wobei durch die zweiten Abschnitte 14 aus dem zweiten Werkstoff ein guter Wärmeabtransport in Richtung auf die Kühleinrichtung 17 gewährleistet ist.It is therefore within the meaning of the invention that the valve seat ring 10 at least in the area of the part 11 , which cooperates with a valve body, portions 13, 14 of different materials, namely the first portions 13 of the first material to provide the main function of the static and dynamic strength of the valve seat ring 10 and the second sections 14 from the second material for providing a high heat dissipation of sections to be tempered, such as surface regions, of the valve seat ring 10. 1 shows in the area of the part 11 of the valve seat ring 10 a cooling device in the sense of a cooling pipe or cooling channel, which is flowed through by coolant, wherein through the second sections 14 from the second material, a good heat dissipation in the direction of the cooling device 17 is guaranteed.

Im in 1 gezeigten, bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Ventilsitzrings 10 verfügt derselbe über einen dritten Abschnitt 15, der einen Oberflächenbereich 16 des Ventilsitzrings 10 definiert, an dem zum Schließen des Gaswechselventils der Ventilkörper zur Anlage gebracht werden kann. In diesem dritten Abschnitt 15, der den Aufsetzbereich für den Ventilkörper bildet, ist der Ventilsitzring 10 vorzugsweise aus einem dritten Werkstoff gefertigt, wobei der dritte Werkstoff im Vergleich zum ersten Werkstoff und im Vergleich zum zweiten Werkstoff eine hohe bzw. höhere Duktilität aufweist.Im in 1 shown, preferred embodiment of the valve seat ring according to the invention 10 it has a third section 15 that has a surface area 16 of the valve seat ring 10 defined, on which can be brought to the closing of the gas exchange valve of the valve body to the plant. In this third section 15 , which forms the contact area for the valve body, is the valve seat ring 10 preferably made of a third material, wherein the third material compared to the first material and compared to the second material has a high or higher ductility.

Vorzugsweise findet als dritter Werkstoff folgender metallischer bzw. keramischer Werkstoff Verwendung: Nickel bzw. ZirkonoxidThe following metallic or ceramic material is preferably used as the third material: nickel or zirconium oxide

Durch den dritten Abschnitt 15 aus einem metallischen oder keramischem Werkstoff mit hoher Duktilität kann insbesondere die Dichtwirkung zwischen Ventilsitzring 10 und Ventilkörper des Gaswechselventils verbessert werden, sodass eine hervorragende Dichtwirkung bereits innerhalb weniger Betriebsstunden erreicht wird und somit Betriebsschwankungen reduziert werden können.Through the third section 15 From a metallic or ceramic material with high ductility, in particular the sealing effect between the valve seat ring 10 and valve body of the gas exchange valve can be improved so that an excellent sealing effect is achieved within a few hours of operation and thus operating fluctuations can be reduced.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Gaswechselventil mit einem solchen Ventilsitzring 10, wobei das Gaswechselventil weiterhin eine mit dem Ventilsitzring 10 zusammenwirkenden, nicht gezeigten Ventilkörper aufweist.The invention further relates to a gas exchange valve with such a valve seat ring 10 wherein the gas exchange valve is further one with the valve seat ring 10 having cooperating, not shown valve body.

Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren, um den erfindungsgemäßen Ventilsitzring herzustellen. Der in 1 gezeigte Ventilsitzring 10 wird dadurch hergestellt, dass das zweite Teil 12 über ein spanendes Fertigungsverfahren hergestellt wird. Zur Herstellung des ersten Teils 11 des Ventilsitzrings 10 wird vorzugsweise zunächst aus dem ersten Werkstoff eine dreidimensionale Struktur wie eine Hohlraumstruktur aufgebaut, sodass demnach zunächst in einem ersten Schritt zur Herstellung des Teils 11 des Ventilsitzrings 10 die ersten Abschnitte 13 aus dem ersten Werkstoff gefertigt werden. Dabei kann die dreidimensionale Struktur, wie bereits ausgeführt, regelmäßig zum Beispiel in Form einer Wabenstruktur oder unregelmäßig zum Beispiel in Form einer Schaumstruktur ausgeführt sein. Die dreidimensionale Struktur kann zum Beispiel über ein generatives Fertigungsverfahren, wie zum Beispiel 3D-Drucken gefertigt werden. Im Anschluss an das Herstellen der dreidimensionalen Struktur werden Hohlräume oder Freiräume mit dem zweiten Werkstoff ausgefüllt, zum Beispiel durch Infiltration, um so zwischen den ersten Abschnitten 13 aus dem ersten Werkstoff die zweiten Abschnitte 14 aus dem zweiten Werkstoff bereitzustellen. Nach dem Bereitstellen der beiden Teile 11, 12 werden dieselben vorzugsweise durch Verschweißen miteinander verbunden.Furthermore, the invention relates to a method for producing the valve seat ring according to the invention. The in 1 shown valve seat ring 10 is made by making the second part 12 produced by a machining process. For the production of the first part 11 of the valve seat ring 10 For example, a three-dimensional structure such as a cavity structure is preferably first constructed from the first material, so that initially in a first step for producing the part 11 of the valve seat ring 10 the first sections 13 be made of the first material. As already stated, the three-dimensional structure can be embodied regularly, for example, in the form of a honeycomb structure or irregularly, for example, in the form of a foam structure. The three-dimensional structure can be manufactured, for example, via a generative manufacturing process, such as 3D printing. Following the production of the three-dimensional structure, voids or free spaces are filled with the second material, for example by infiltration, so as to be between the first sections 13 from the first material, the second sections 14 to provide from the second material. After providing the two parts 11, 12, they are preferably joined together by welding.

Im Unterschied hierzu ist es auch möglich, dass der erste Teil 11, der zumindest die ersten Abschnitte 13 aus dem ersten Werkstoff und die zweiten Abschnitte 14 aus dem zweiten Werkstoff umfasst, dadurch hergestellt wird, dass beide Werkstoffe und damit beide Abschnitte 13, 14 des Teils 11 des Ventilsitzrings 10 gleichzeitig bzw. quasi gleichzeitig mit Hilfe eines generativen Fertigungsverfahrens aufgebaut werden, so zum Beispiel mit Hilfe eines Multimaterial-3D-Druckprozesses.In contrast, it is also possible that the first part 11 , at least the first sections 13 from the first material and the second sections 14 comprising the second material, is produced by both materials and thus both sections 13 . 14 of the part 11 of the valve seat ring 10 be built simultaneously or quasi simultaneously using a generative manufacturing process, such as using a multi-material 3D printing process.

Vor dem Verbinden der beiden Teile 11, 12 oder auch nach dem Verbinden der beiden Teile 11, 12 kann am Teil 11 des Ventilsitzrings 10 der dritte Abschnitt 15 aus dem dritten Werkstoff ausgebildet werden, zum Beispiel mit Hilfe eines Beschichtungsverfahrens. Alternativ kann der dritte Abschnitt 15 des ersten Teils 11 auch über ein generatives Fertigungsverfahrens hergestellt werden.Before connecting the two parts 11 . 12 or even after connecting the two parts 11 . 12 can on the part 11 of the valve seat ring 10 the third section 15 be formed from the third material, for example by means of a coating process. Alternatively, the third section 15 of the first part 11 also be produced via a generative manufacturing process.

Der zweite Teil 12 des Ventilsitzrings 10, welcher der Montage des Ventilsitzrings 10 in der Brennkraftmaschine, insbesondere im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine, dient, ist vorzugsweise durchgehend aus ein und demselben Werkstoff gefertigt. Vorzugsweise besteht dabei der zweite Teil 12 aus dem ersten Werkstoff der ersten Abschnitt 13 des ersten Teils 11. Dies gewährleistet dann eine gute Verbindbarkeit der beiden Teile 11, 12 durch z.B. Verschweißen.The second part 12 of the valve seat ring 10 , which is used to mount the valve seat ring 10 in the internal combustion engine, in particular in the cylinder head of the internal combustion engine, is preferably made of one and the same material throughout. Preferably, there is the second part 12 from the first material of the first section 13 of the first part 11 , This then ensures a good connectivity of the two parts 11 . 12 eg by welding.

Die Erfindung schlägt demnach einen völlig neuartigen Ventilsitzring 10 für ein Gaswechselventil einer Brennkraftmaschine vor. Zumindest derjenige Teil 11 des Ventilsitzrings 10, der hohen mechanischen Belastungen sowie hohen thermischen Belastungen ausgesetzt ist, besteht aus einer Verbundstruktur aus mindestens zwei unterschiedlichen Abschnitten 13, 14, die aus unterschiedlichen Werkstoffen gefertigt sind, nämlich aus den ersten Abschnitten 13 aus dem ersten Werkstoff mit einer relativ hohen Festigkeit und den zweiten Abschnitten 14 aus dem zweiten Werkstoff mit einer relativ hohen Wärmeleitfähigkeit.The invention accordingly proposes a completely novel valve seat ring 10 for a gas exchange valve of an internal combustion engine before. At least that part 11 of the valve seat ring 10 , which is exposed to high mechanical loads and high thermal loads, consists of a composite structure of at least two different sections 13 . 14 , which are made of different materials, namely from the first sections 13 from the first material with a relatively high strength and the second sections 14 from the second material with a relatively high thermal conductivity.

Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, in welcher der Ventilsitzring 10 in einem dritten Abschnitt, welcher als Aufsetzbereich für einen Ventilkörper dient, aus einem dritten Werkstoff mit hoher Duktilität gefertigt ist.Particularly preferred is an embodiment in which the valve seat ring 10 in a third section, which serves as a seating area for a valve body, is made of a third material with high ductility.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
VentilsitzringValve seat ring
1111
Teilpart
1212
Teilpart
1313
erster Abschnittfirst section
1414
zweiter Abschnittsecond part
1515
dritter Abschnittthird section
1616
Oberflächesurface
1717
Kühleinrichtungcooling device
1818
SchweißnahtWeld

Claims (13)

Ventilsitzring (10) für ein Gaswechselventil eines Zylinders einer Brennkraftmaschine, wobei ein Ventilkörper des Gaswechselventils zum Schließen des Gaswechselventils an dem Ventilsitzring zur Anlage bringbar ist, und wobei der Ventilkörper zum Öffnen des Gaswechselventils von dem Ventilsitzring entfernbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitzring (10) aus unterschiedlichen Werkstoffen besteht, nämlich in ersten Abschnitten (13) aus einem ersten Werkstoff und in zweiten Abschnitten (14) aus einem zweiten Werkstoff, wobei der erste Werkstoff im Vergleich zum zweiten Werkstoff eine höhere Festigkeit aufweist, und wobei der zweite Werkstoff im Vergleich zum ersten Werkstoff eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist.Valve seat ring (10) for a gas exchange valve of a cylinder of an internal combustion engine, wherein a valve body of the gas exchange valve for closing the gas exchange valve to the valve seat ring is engageable, and wherein the valve body for opening the gas exchange valve from the valve seat ring is removable, characterized in that the valve seat ring ( 10) consists of different materials, namely in first sections (13) of a first material and in second sections (14) of a second material, wherein the first material compared to the second material has a higher strength, and wherein the second material in Compared to the first material has a higher thermal conductivity. Ventilsitzring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aus dem ersten Werkstoff gebildeten ersten Abschnitte (13) eine dreidimensionale Struktur ausbilden, und dass die zweiten Abschnitte (14) von mit dem zweiten Werkstoff gefüllten Hohlräumen oder Freiräumen der Struktur ausgebildet sind.Valve seat ring after Claim 1 , characterized in that the first portions (13) formed from the first material form a three-dimensional structure, and that the second portions (14) are formed by filled with the second material cavities or clearances of the structure. Ventilsitzring nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die dreidimensionale Struktur eine regelmäßige Struktur, insbesondere eine Wabenstruktur, ist.Valve seat ring after Claim 2 , characterized in that the three-dimensional structure is a regular structure, in particular a honeycomb structure. Ventilsitzring nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die dreidimensionale Struktur eine unregelmäßige Struktur, insbesondere eine Schaumstruktur, ist.Valve seat ring after Claim 2 , characterized in that the three-dimensional structure is an irregular structure, in particular a foam structure. Ventilsitzring nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der ersten Werkstoff ein erster metallischer Werkstoff ist.Valve seat ring after one of Claims 1 to 4 , characterized in that the first material is a first metallic material. Ventilsitzring nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Werkstoff ein zweiter metallischer Werkstoff ist.Valve seat ring after one of Claims 1 to 5 , characterized in that the second material is a second metallic material. Ventilsitzring nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitzring (10) in einem dritten Abschnitt (15) aus einem dritten Werkstoff gebildet ist, wobei der dritte Werkstoff im Vergleich zum ersten und zweiten Werkstoff eine höhere Duktilität aufweist.Valve seat ring after one of Claims 1 to 6 , characterized in that the valve seat ring (10) is formed in a third portion (15) of a third material, wherein the third material has a higher ductility compared to the first and second material. Ventilsitzring Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Abschnitt (15) einen Oberflächenbereich (16) des Ventilsitzrings (10) definiert, an dem der Ventilkörper zum Schließen des Gaswechselventils zur Anlage bringbar.Valve seat ring Claim 7 , characterized in that the third section (15) defines a surface region (16) of the valve seat ring (10), on which the valve body for closing the gas exchange valve for conditioning can be brought. Ventilsitzring nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Werkstoff ein dritter metallischer oder keramischer Werkstoff ist.Valve seat ring after Claim 7 or 8th , characterized in that the third material is a third metallic or ceramic material. Ventilsitzring nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitzring (10) mehrteilig ausgebildet ist, wobei ein ersten Teil (11), welcher mit dem Ventilkörper zusammenwirkt und gekühlt ist, die aus den unterschiedlichen Werkstoffen bestehenden Abschnitte (13, 14, 15) aufweist, und wobei ein zweiter Teil (12), welcher der Montage des Ventilsitzrings in der Brennkraftmaschine dient, durchgehend aus einem Werkstoff besteht, wobei die beiden Teile (11, 12) fest miteinander verbunden sind.Valve seat ring after one of Claims 1 to 9 , characterized in that the valve seat ring (10) is formed in several parts, wherein a first part (11) which cooperates with the valve body and is cooled, consisting of the different materials sections (13, 14, 15), and wherein a second part (12), which is used for mounting the valve seat ring in the internal combustion engine, consists of a continuous material, wherein the two parts (11, 12) are fixedly connected together. Gaswechselventil einer Brennkraftmaschine, mit einem Ventilkörper und mit einem Ventilsitzring (10) für den Ventilkörper, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitzring (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 ausgebildet ist.Gas exchange valve of an internal combustion engine, with a valve body and with a valve seat ring (10) for the valve body, characterized in that the valve seat ring (10) according to one of Claims 1 to 10 is trained. Verfahren zum Herstellen des Ventilsitzrings (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt die ersten Abschnitte (13) aus dem ersten Werkstoff unter Ausbildung einer dreidimensionalen Struktur hergestellt werden, und dass anschließend in einem zweiten Schritt unter Ausbildung der zweiten Abschnitte (14) Hohlräume oder Freiräume der dreidimensionalen Struktur mit dem zweiten Werkstoff ausgefüllt werden.Method for producing the valve seat ring (10) according to one of Claims 1 to 10 characterized in that in a first step, the first portions (13) are made of the first material to form a three-dimensional structure, and then in a second step to form the second portions (14) cavities or spaces of the three-dimensional structure with the second material to be filled. Verfahren zum Herstellen des Ventilsitzrings (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Abschnitte (13) aus dem ersten Werkstoff und die zweiten Abschnitte (14) aus dem zweiten Werkstoff zeitgleich über ein generatives Fertigungsverfahren hergestellt werden.Method for producing the valve seat ring (10) according to one of Claims 1 to 10 , characterized in that the first portions (13) of the first material and the second portions (14) of the second material are simultaneously produced via a generative manufacturing process.
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