DE2252545C3 - Durch Flüssigkeitsumwälzung kühlbares Gaswechselventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gaswechselventil für eine Brennkraftmaschine, das durch Flüssigkeitsumwälzung kühlbar ist und aus einem innere Zuführ- und Abführkanäle für Flüssigkeit aufweisenden Ventilschaft und einem auf diesen aufgeschraubten, eine mit den Kanälen verbundene Kammer aufweisenden Ventilkopf besteht, wobei der Ventilschaft in der Nähe seines einen Endes ein Außengewinde und der Ventilkopf in einem als Bundring ausgebildeten Abschnitt eine zu der Kammer hin offene und zur Aufnahme des Außengewindes dienende axiale Gewindebohrung aufweist, der Ventilschaft eine in die Kammer hineinragende Verlängerung aufweist und ein der Verlängerung gegenüberliegender Boden der Kammer als Abstützfläche für die Endfläche eines Ventilelcments dient.

Bei solchen Ventilen müssen an die Verschraubung zwischen Ventilschaft und Ventiikopf zwei wesentliche Anforderungen gestellt werden. Zum einen muß eine feste mechanische Verbindung der beiden Teile gewährleistet sein, um die großen statischen und dynamischen Kräfte beim Betrieb eines Ventils zu übertragen. Zum anderen muß die Schraubverbindung gut abgedichtet sein, um ein Austreten von Flüssigkeit durch die Verschraubung hindurch zu vermeiden.

Ein Ventil der eingangs erwähnten Art ist aus der briüschen Patentschrift 171 907 bekannt. Bei dieser Konstruktion wird die feste mechanische Verbindung zwischen Ventilschaft und Ventilkopf in deren Schraubverbindung durch Aufschrumpfen des Ventilkopfes mit seinem Innengewinde auf das Außengewinde des Ventilschaftes erreicht. Zm Abdichtung der Schraubverbindung sieht die bekannte Konstruktion eine Schweißnaht am Außenspalt des Gewindes vor.

Nachteilig bei dieser bekannten Konstruktion ist der verhältnismäßig große Fertigungsaufwand, der für einen Aufschrumpfvorgang getroffen werden muß, und die ungünstige Beeinflussung des Werkstoffgefüges beim Schweißvorgang. Außerdem können Fehler in der Schweißnaht zu Undichtigkeiten führen.

Außerdem ist aus der deutschen Patentschrift ⁽)57 800 für ein Ventil ohne Flüssigkeitskühlung bekannt, einen Ventilsitzring mit dem Ventilkopf durch Aufschrumpfen und durch Vorsehen einer zusätzlichen Hartlotverbindung in der Gewindefläche zu verbinden. Es liegen hier jedoch andere Probleme vor als bei der Konstruktion der eingangs beschriebenen Art. Bei der bekannten Konstruktion muß zwar auch für einen festen mechanischen Sitz gesorgt werden, der ebenso wie beim Gegenstand der britischen Patentschrift 171 907 durch Aufschrumpfen erreicht wird, andererseits treten aber keine Dichtungsprobleme gegen Kühlflüssigkeit auf. Die Hartiotverbindung des Gewindes dient nur dem in diesem Ventilbercich äußerst wichtigen Wärmeübergang und muß in diesem Falle, was in einem verhältnismäßig dicht sitzenden, aufgeschrumpften Gewinde auch nur schlecht zu erreichen wäre, das Gewinde nicht vollständig abdichten.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Gaswechselventil der eingangs erwähnten Art so auszubilden, daß ein fester mechanischer Sitz auf einfache Weise und insbesondere unter Vermeidung des komplizierten Aufschrumpfvorganges herstellbar ist und daß eine gute Flüssigkeitsabdichtung des Gewindes ebenfalls auf einfache Weise, insbesondere jedoch unter Vermeidung der nachteiligen Schweißverbindung herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Ventilelement die Verlängerung des Ventilschaft ist, daß sich die Verlängerung mit einer durch das Maß des Einschraubens des Ventilschafts in den Ventilkopf bestimmten Vorspaniikraft abstützt, daß zwischen Schaftgewinde und Kopfgewinde ein vorbestimmtes Spiel belassen ist und daß Ventilkopf und Ventilschaft durch deren Zwischenräume insbesondere in der Gewindepaarung ausfüllendes Hartlot fest miteinander verbunden sind.

Im Gegensatz zu den radial wirkenden, durch die Wärmeausdehnung bzw. -zusammenziehung bewirkten Preßkräften im Schraubgewinde, wie sie bei den

bekannten Schrompfsitzen für den festen mechanischen Sitz der Schraubverbindung sorgen, wird bei der erfindungsgemäßen Verbindung eine axiale Verspannung im Gewinde erreicht. Diese axiale Verspannung wird durch das Aufschrauben der Verlängerung des Ventilschaftes gegen den gegenüberliegenden Boden der Kammer mit einer bestimmten Vorspannkraft, die für den festen mechanischen Sitz sorgt, erreicht. Die Verspannkraft läßt sich durch das Maß des Einschraubens des Ventilschaftes in den Ventilkopf in beliebiger Größe einstellen. Das komplizierte und teure Aufschrumpfverfahren läßt sich auf diese Weise umgehen, so daß die feste mechanische Verbindung wesentlich einfacher und wirtschaftlicher herstellbar ist. Die bekannte Konstruktion gemäß der britischen Patentschrift 171 907 sieht zwar auch schon die Abstützung der Ventilschaftverlängerung auf dem gegenüberliegenden Boden der Kammer vor, jedoch dient dies nur dazu, daß die Verlängerung, die als Verlängerung der Trennwand zwischen Zufuhr- und Abfuhrkanal der Kühlflüssigkeit ausgebildet ist, in der Ventilkamnver eine gute Trennwirkung zwischen einströmender und ausströmender Flüssigkeit erzielt.

Die erfindungsgemäße feste mechanische Verbindung erlaubt das Vorsehen eines vorbestimmten Spieles im Gewinde, in das zur guten rlüssigkeitsabdichtung Hartlot eingefüllt werden kann. Die solchermaßen abgedichtete Verbindung ist gut gesichert gegen Flüssigkeitsaustritt und gegen Lösen der Verschraubung und sichert zudem einen sehr guten Wärmeübergang. Dadurch, daß ein beträchtliches Spiel im Gewinde belassen werden kann, läßt sich die Hartlotverbindung in dem verhältnismäßig breiten zur Verfügung stehenden Spalt problemlos durchführen.

Vort'ilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Der Gegenstand der Erfindung, diesen weiter ausbildende Merkmale sowie die Vorteilt- der Erfindung werden im nachfolgenden an Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung ist

Fig. 1 ein Teilschnitt durch ein halb fertiggestelltes erfindungsgemäßes Ventil vor dem Hartlötvorgang und

Fig. 2 ein Fig. 1 entsprechender Schnitt durch das fertiggestellte Ventil.

Bei 'Jem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Ventils kanr. ';', sich beispielsweise um ein Auslaßventil für einen Dieselmotor handeln; das Ventil ist allgemein mit dem Bczugszeichen 1 bezeichnet und bestellt im wesentlichen aus einem Ventilschaft 2 mit zwei konzentrischen Innenkanälen 3 und 4, die mit einem (nicht dargestellten) KUhlflüssigkcitskreislauf verbunden sind, und einem aufgesetzten Ventilkopf 5, der in seinem Inneren eine Kammer 6 aufweist.

Mit dem Bczugszeichen 7 ist die Ringdichtflächc bezeichnet, mit welcher das Ventil in der Schließstellung auf einer in dem (nicht dargestellten) Zylinderkopf ausgebildeten Sitzfläche aufsitzt. Der Ventilkopf 5 weist in dem als Bundring 5« ausgebildeten Abschnitt eine in die Kammer6 mündende axiale GcwindcJiohrungS auf, in welche ein Außengewinde 9 des Ventdsehafts2 cinschraubbar ist. Die beiden Gewinde der Gewindebohrung 8 und des Außengewindes 9 haben zwar gleiche Steigung, sind jedoch nicht genau einander kgmplcmentär, sondern weisen ein vorbestimmtes gegenseitiges Spiel auf. Der Schaft 2 weist in einem über das Außengewinde 9 hinausragenden Abschnitt eine Verlängerung 10 von

wesentlich kleinerem Durchmesser als das Außengewinde auf, so daß diese Verlängerung 10 durch die Gewindebohrung 8 hindurch in die Kammer6 eingeführt werden kann. Die Verlängerung 10 weist eine oder mehrere, beispielsweise vier, Durchbrechungen

ίο wie z.B. 11 und 12 auf, vermittels welcher die Kanäle 3 und 4 jeweils mit der Kammur6 verbunden sind. Außerdem ist die Länge der Verlängerung 10 so bemessen, daß bei vollem Einschrauben des Ventilschafts in den Ventilkopf, d.h. bevor die endseitige Stirnfläche 13 des Kopfes in Eingriff mit der Schulter 14 des Ventilschafts kommt, die Endfläche 10 a der Verlanget ung 10 innerhalb der Kammer 6 an der ebenen Stirnfläche 6 a der Platte 5 b des Veniükopfes 5 anliegt. Vermittels d·.. Verlängerung 10 wird somit der Ventilschaft im rccht..n Winkel gegen den Veiitilkopf angedrückt und auf die Platte 5 ft cine von dem Betrag des Einschraubens des Ventilschafts 2 abhängige veränderliche Einspannkraft ausgcübi. Außerdem sind an der endseitigen Stirnfläche 13 des Ventilkopfes und der Schulter 14 des Ventilschafts Nuten 15 bzw. 16 zur Aufnahme von Hartlot vorgesehen.

Ventilkopf und Ventilschaft werden wie folgt gegenseitig miteinander verbunden: Vor dem Zusammenbau beider Teile werden auf die Verlängerung 10 des Ventilschafts Hartlotringe 17 aufgesteckt, und in die Nut 15 des Ventilkopfes (oder in die Nut 16 des Ventilschafts) wird ein weiterer Hartlotring 18 eingelegt (Fig. 1). Dann wird der Ventilschaft so weit in den Ventilkopf eingeschraubt, bis die Endfläche 10 λ der Verlängerung 10 an der Stirnfläche 6 a innerhalb der Kammer oder des Hohlraums 6 anliegt und eine vorbestimmte, ausreichend hohe Einspannkraft auf die Platte 5 b ausübt, welche so bemessen ist, daß eine spätere Verformung einer der Einwirkung der im Betrieb auftretenden hohen Drücke vermieden wird.

Nachdem Ventilkopf und Ventilschaf! auf diese Weise miteinander verschraubt sind und der Boden des Kopfes gegen den Ventilschaft verspannt ist, wird das Ventil beispielsweise durch Induktionsheizung örtlich erhitzt und das Hartlot zum Schmelzen gebracht, so daß dieses auf Grund von Kapillarwirkung in die Zwischenräume zwischen Ventilkopf und Schaft, d. h. die Zwischenräume zwischen der axialen Gewindebohrung 8 und dem A'ißengewinde9 und zwischen cnc'seitiger Stirnfläche 13 und Schulter 14 eindringt. Nach Abkühlung hat das Ventil das in F i g. 2 dargestellte Aussehen, wobei Ventilkopf und Ventilschaft fest und starr miteinander verbunden und durch das die Zwischenräume völlig ausfüllende Hartlot abgedichtet miteinander verbunden sind.

Das Spiel zwischen den Gewinden läßt sich durch Versuche ermitteln und ist im wesentlichen eine Funktion der Fließfähigkeit des Hartlots, d. h. abhängig von dessen Beschaffenheit und der erreichten Schmelztemperatur. Die obenerwähnte Einspann-Vorspannung muß ebenfalls vorher bestimmt werden, um ein Ablösen oder Abheben des Ventilkopfbodcns /u vermeiden, was zu Schlagwirkungcn des Ventilkopfbodens gegen den Ventilschaft und auf Grund der Kühlflüssigkeit zu Kavitationserosion führen könnte.

Durch die Erfindung läßt sich daher auf äußerst einfache und wirtschaftliche Weise ein durch Flüssigkeitsumwälzung gekühltes Schraubkopf-Ventil herstellen, das aus zwei fest miteinander verbundenen und einwandfrei gegenseitig abgedichteten Teilen besteht und dessen Kopf auf Grund der beschriebenen Einspannung praktisch nicht zur Verformung neigt.

An Stelle von Induktionserhitzung läßt sich selbstverständlich jedes andere Verfahren zur örtlichen Erhitzung, insbesondere vermittels einer Schweiß- oder Hartlötgerätflamme, anwenden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Gaswechselventil für eine Brennkraftinaßchine, das durch Flüssigkeitsumwälzung kühlbar ist und aus einem innere Zufuhr- und Abfuhrkanäle für Flüssigkeit aufweisenden Ventilschaft und einem auf diesen aufgeschraubten, eine mit den Kanälen verbundene Kammer aufweisenden Ventilkopf besteht, wobei der Ventilschaft in der Nähe seines einen Endes ein Außengewinde und der Ventilkopf in einem als Bundring ausgebildeten Abschnitt eine zu der Kammer hin offene und rur Aufnahme des Außengewindes dienende «xiale Gewindebohrung aufweist, der Ventilschaft eine in die Kammer hineinragende Verlängerung aufweist und ein der Verlängerung gegenüberliegender Boden der Kammer als Abstützfläche für die Endfläche eines Ventilelements dient, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilelement die Verlängerung (10) des Ventilschafts (2) ist, daß sich die Verlängerung mit einer durch das Maß des Einschraubens des Ventilschafts in den Ventiikopf (5) bestimmten Vorspannkraft abstützt, daß zwischen Schaftgewinde (9) und Kopfgewinde (8) ein vorbestimmtes Spiel belassen ist und daß Ventilkopf und Ventilschafi durch deren Zwischenräume insbesondere in der Gevindepaarung ausfüllendes Hartlot fest miteinander verbunden sind.

2. Ventil nach Ansprach ', dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft (2) und/oder der Kopf (5) an wenigstens einem Ende der entsprechenden Gewinde (8, 9) eine zur Aufnahme von Hartlotringen (17, 18) dienende Nut (16, 15) aufweisen.

3. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verlängerung (10) mit Durchbrechungen (11, 12) versehen ist, welche die innerhalb de^ Ventüschaftcs (2) befindlichen Kanäie (3, 4) mit der Kammer (6) im Inneren des Ventilkopfes (5) verbinden.

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