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Title:
LIGHTWEIGHT VALVE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2005/049980
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a lightweight valve (1) for internal combustion engines, said valve comprising a valve rod (3), a hollow valve cone (7), and a valve disk (9) closing the valve cone (7). The valve rod (3) is provided with a cavity (5) on the end thereof facing the valve disk (9). The inventive lightweight valve (1) is characterised by at least one force transmission element (19) that is provided on the valve disk (9) and engages in the rod cavity (5) through the hollow valve cone (7).

Inventors:
STARK HOLGER (DE)
SCHLEGL MARTIN (DE)
Application Number:
PCT/EP2004/012581
Publication Date:
June 02, 2005
Filing Date:
November 06, 2004
Export Citation:
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Assignee:
DAIMLER CHRYSLER AG (DE)
STARK HOLGER (DE)
SCHLEGL MARTIN (DE)
International Classes:
F01L3/20; (IPC1-7): F01L3/20
Foreign References:
DE3625590A11988-02-04
US2371548A1945-03-13
GB476089A1937-12-01
DE10257505A12003-07-17
US5458314A1995-10-17
DE19804053A11999-08-05
Attorney, Agent or Firm:
Närger, Ulrike (Intellectual Property Management IPM-C106, Stuttgart, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. l.
2. Leichtbauventil (1), insbesondere für Brennkraftmaschi nen, umfassend einen Ventilschaft (3), einen hohlen Ven tilkegel (7) sowie einen den Ventilkegel (7) verschlie ßenden Ventilteller (9), wobei der Ventilschaft (3) an seinem dem Ventilteller (9) zugewandten Ende mit einem Hohlraum (5) versehen ist, gekennzeichnet durch mindestens ein am Ventilteller (9) vorgesehenes Kraft übertragungselement (19), das durch den hohlen Ventilke gel (7) in den Schafthohlraum (5) eingreift.
3. Leichtbauventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftübertragungselement (19) die dem Ventilke gel (7) zugewandte Flachseite des Ventiltellers (9) dom artig überragt.
4. Leichtbauventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftübertragungselement (19) am Ventilteller (9) ausgebildet ist.
5. Leichtbauventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine mittige Anordnung des Kraftübertragungselements (19) am Ventilteller (9).
6. Leichtbauventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schafthohlraum (5) mit einem Axialanschlag (15), vorzugsweise einem umlaufend ausgebildeten Axialanschlag bund versehen ist, gegen den das Kraftübertragungselement (19) stirnseitig angelegt ist.
7. Leichtbauventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlagfläche (23) des Kraftübertragungselement (19) senkrecht oder in senkrechter Richtung zur Längsmit telachse des Ventilschafts (3) verläuft.
8. Leichtbauventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftübertragungselement (19) im Wesentlichen über seine gesamte Länge einen gleichbleibenden Quer schnitt aufweist.
9. Leichtbauventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das freie Ende des Kraftübertragungselements (19) angeschrägt, insbesondere spitz zulaufend ausgebildet ist.
10. Leichtbauventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftübertragungselement (19) mit einer sich in Richtung der Längsmittelachse des Kraftübertragungsele ments (19) erstreckenden, vorzugsweise umlaufend ausge bildeten Anlagefläche (31) versehen ist, die an einer korrespondierend ausgebildeten, am Schafthohlraum (5) und gegebenenfalls an einer Innenwand des hohlen Ventilkegels (7) ausgebildeten Gegenfläche (33) flächig anliegt.
11. Leichtbauventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenfläche (33) mit mindestens einer, vorzugs weise umlaufend ausgebildeten Ausnehmung (35) zur Ausbil dung einer Formschlussverbindung zwischen Kraftübertra gungselement (19) und Ventilschaft (3) versehen ist.
12. Leichtbauventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in der Stirnfläche (21) des Kraftübertragungsele ments (19) ein Sackloch (27) vorgesehen ist.
13. Leichtbauventil nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkegel (7) durch eine tulpenförmige Erwei terung des Ventilschaftendes gebildet ist.
14. Leichtbauventil nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftübertragungselement (19) mittels einer Stoffschluss, Kraftschlussund/oder Formschlussverbin dung mit dem Ventilschaft (3) verbunden ist.
15. Leichtbauventil nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkegel (7) mittels Stoffschlussverbindung mit dem Ventilteller (9) verbunden ist.
16. Leichtbauventil nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen Kraftübertragungselement (19) und Ventilschaft (3) so ausgebildet ist, dass die im Betrieb auf den Ventilteller (9) wirkenden Kräfte im We sentlichen vollständig über das Kraftübertragungselement (19) in den Ventilschaft (3) eingeleitet werden.
17. Leichtbauventil nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilteller (9) einen Abstützabschnitt (37) aufweist, an dem der Ventilkegel (7) an seinem durchmes sergrößeren Endbereich abschnittsweise flächig anliegt.
18. Verfahren zur Herstellung eines Leichtbauventils (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, mit folgenden Schritten : Herstellung eines ersten, den Ventilteller (9) und das Kraftübertragungselement (19) bildenden, vorzugsweise einstückigen Bauteils durch Gießen, Umformen und/oder mittels eines Pulvermetallurgieverfahrens, Herstellung eines zweiten, den Ventilschaft (3) und den Ventilkegel (7) bildenden, vorzugsweise einstückigen Bau teils und zusammenfügen des ersten und zweiten Bauteils und ver binden derselben mittels Stoff, Kraftund/oder Form schlussverbindung.
19. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschaft (3) an seinem dem Ventilteller (9) abgewandten Endbereich nachfolgend gehärtet, vorzugsweise induktiv gehärtet wird.
20. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkegel (7) und der Ventilteller (9) nach folgend miteinander verschweißt werden, vorzugsweise mit tels eines Strahloder Schmelzschweißverfahrens.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenoberfläche des Leichtbauventils (1) mittels galvanischer Behandlung mit einer Schutzschicht versehen wird.
Description:
Leichtbauventil Die Erfindung betrifft ein Leichtbauventil, insbesondere für Brennkraftmaschinen, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Herstellung des Leichtbauventils, gemäß An- spruch 17.

Leichtbauventile der hier angesprochenen Art sind bekannt (DE 198 04 053 Al). Sie werden unter anderem als Ein-und Auslassventile für Verbrennungsmotoren eingesetzt und umfas- sen einen Ventilschaft, an den sich ein trichter-/trompeten- förmiger Ventilkegel anschließt. Der Ventilkegel ist zum Zwe- cke der Gewichtsreduzierung hohl und weist eine nur geringe Wandstärke auf. Der Ventilkegel ist an seinem durchmessergrö- ßeren Ende mittels eines Ventiltellers verschlossen. Weiter- hin weist der Ventilschaft an seinem dem Ventilteller zuge- wandten Ende einen Hohlraum auf, wodurch das Gewicht des Leichtbauventils weiter reduziert wird.

Da der Ventilteller auf Grund des Hohlraums im Ventilkegel auf einer großen Fläche nicht abgestützt ist und der Ventil- kegel zudem nur eine geringe Wandstärke aufweist, kann der Ventilteller im Betrieb durch den Verbrennungsdruck im Brenn- raum des Verbrennungsmotors deformiert werden, was zu einem vorzeitigen Verschleiß des Leichtbauventils beiträgt. Darüber hinaus kann es zu einer Deformation des dünnwandigen Ventil- kegels kommen. Um dies zu verhindern, ist in der DE 198 04 053 AI vorgeschlagen, den Ventilschaft so lang aus- zuführen, dass er stirnseitig an der dem Brennraum abgewand- ten Flachseite des Ventiltellers anliegt, wodurch dieser ab- gestützt ist. Dabei können der hohle oder aus Vollmaterial bestehende Ventilschaft und der Ventilteller in ihrem Anlage- bereich miteinander verschweißt sein. Alternativ ist vorge- schlagen, den Ventilschaft und den Ventilteller einstückig, das heißt als ein Teil zu fertigen. Bei anderen Alternativen erfolgt die Abstützung des Ventiltellers gegen den Ventil- schaft mittels eines einstückig am Ventilkegel ausgebildeten Zwischenstücks oder einer separaten, zwischen Ventilschaft und Ventilteller fixierten Hülse. Nachteilig bei den bekann- ten Leichtbauventilen ist, dass deren Einzelteile auf Grund ihrer durch die jeweilige Konstruktion vorgegebenen Geometrie teilweise nur aufwendig herstellbar sind und dass ein präzi- ses Ausrichten der Einzelteile gegeneinander vor dem Fügepro- zess nur mit hohem Aufwand realisierbar ist.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Alternative zu dem Leicht- bauventil der eingangs genannten Art zu schaffen. Ein weite- res Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Her- stellung des Leichtbauventils anzugeben.

Zur Lösung der Aufgabe wird ein Leichtbauventil mit den Merk- malen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Dieses zeichnet sich durch mindestens ein am Ventilteller vorgesehenes Kraftüber- tragungselement aus, das durch den hohen Ventilkegel in den Schafthohlraum eingreift. Auf Grund des am Ventilteller ange- formten beziehungsweise ausgebildeten oder daran befestigten Kraftübertragungselements kann eine optimale Einleitung der im Betrieb des Leichtbauventils auf den Ventilteller wirken- den Gaskräfte in den Ventilschaft gewährleistet werden, ohne dass es dabei zu unzulässig hohen Verformungen des Ventiltel- lers und des Ventilkegels kommt. Auf Grund der erfindungsge- mäßen Ausgestaltung des Leichtbauventils kann sichergestellt werden, dass der Ventilkegel im Betrieb des Leichtbauventils annähernd kraftfrei ist, das heißt, dass wenn überhaupt nur sehr geringe Kräfte über den Ventilteller in den Ventilkegel eingeleitet werden. Der Ventilkegel kann daher sehr dünnwan- dig ausgebildet sein, was vorteilhaft bei der Herstellung desselben ist und darüber hinaus zur Verringerung des Ge- wichts des Leichtbauventils beiträgt.

Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der Ventilteller mit dem daran vorgesehenen Kraftüber- tragungselement aus der intermetallischen Phase Titanaluminid (TiAl) oder einer TiAl-Legierung durch Gießen hergestellt ist. Dieser Ventilteller weist ein nur geringes Gewicht auf und ist zudem extrem verschleißfest. Nach einer anderen Aus- führungsvariante ist vorgesehen, dass der Ventilteller und das Kraftübertragungselement aus Stahl, insbesondere Werk- zeugstahl bestehen und durch Schmieden hergestellt sind. Nach einer dritten Ausführungsvariante werden der Ventilteller und das mindestens eine, einstückig mit dem Ventilteller ausge- bildete Kraftübertragungselement mittels eines Pulvermetal- lurgie-Herstellungsverfahren gefertigt, insbesondere aus ei- nem Werkzeugstahl, welcher extrem verschleißfest ist. Allen vorstehend genannten Ausführungsvarianten ist gemeinsam, dass das Kraftübertragungselement einstückig mit dem Ventilteller ausgebildet und daher kostengünstig herstellbar ist.

Bezüglich der für den Ventilschaft und den Ventilteller mit daran vorgesehenem Kraftübertragungselement verwendbaren Ma- terialien wird auch auf die DE 100 29 299 C2 verwiesen, deren Inhalt bezüglich der eingesetzten Materialien Gegenstand die- ser Beschreibung ist.

Es wird auch ein Ausführungsbeispiel des Leichtbauventils be- vorzugt, bei dem das Kraftübertragungselement die dem Ventil- kegel zugewandte Flachseite des Ventiltellers domartig über- ragt. Dabei ist das Kraftübertragungselement in einfachster Ausführungsform als Zapfen ausgebildet, der über seine Länge einen konstanten Querschnitt aufweisen kann und vorzugsweise in der Mitte des Ventiltellers angeordnet ist. Diese Ausfüh- rungsvariante des Kraftübertragungselements ist in einfacher und kostengünstiger Weise sowohl durch Gießen als auch durch Umformen oder Sintern herstellbar.

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

Der Gegenstand der Erfindung betrifft auch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 17 zur Herstellung eines Leicht- bauventils. Das Verfahren sieht vor, dass in einem ersten Schritt ein erstes, den Ventilteller und das Kraftübertra- gungselement bildendes, einstückiges Bauteil durch Ur- und/oder Umformen hergestellt wird. In einem zweiten Schritt wird ein zweites, den Ventilschaft und den Ventilkegel bil- dendes, einstückiges Bauteil hergestellt. Nach einer ersten Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass der Ventilkegel am Ventilschaft durch auftulpen, das heißt durch aufweiten des hohlen Schaftendes hergestellt ist. Nach einer zweiten Aus- führungsvariante ist vorgesehen, dass der Ventilkegel und der Ventilschaft separate Bauteile sind, die durch Stoff-, Kraft- und/oder Formschluss zum zweiten Bauteil miteinander verbun- den werden. In einem dritten Schritt werden schließlich die ersten und zweiten Bauteile durch einführen des Kraftübertra- gungselements in den Ventilschaft zusammengefügt und nachfol- gend mittels Stoff-, Kraft-und/oder Formschluss fest mitein- ander verbunden.

Bei der Ausführungsvariante des Leichtbauventils, bei der das Kraftübertragungselement gleichzeitig auch als Mittel zur Ausrichtung des Ventiltellers relativ gegenüber dem Ventilke- gel ausgebildet ist, ist das Zusammenfügen der einzelnen Bau- teile des Leichtbauventils besonders einfach.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens ergeben sich aus Kombinationen der in der Beschreibung und in den Un- teransprüchen genannten Merkmale.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 bis 3 jeweils einen Ausschnitt eines Ausführungsbei- spiels eines Leichtbauventils für Verbrennungs- motoren in perspektivischer und aufgebrochener Darstellung.

Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines mehrteilig ausgebildeten Leichtbauventils 1 für Verbrennungsmotoren.

Dieses kann als thermisch weniger belastetes Einlassventil oder als thermisch höher belastetes Auslassventil eingesetzt werden, wobei das Material der einzelnen Teile in Abhängig- keit der Verwendung des Leichtbauventils 1 entsprechend ge- wählt wird.

Das in Figur 1 dargestellte Leichbauventil 1 umfasst einen Ventilschaft 3, der mit einem Schafthohlraum 5 versehen ist.

Der Schafthohlraum 5 ist bei diesem Ausführungsbeispiel von einer fluchtend zur Längsmittelachse des Ventilschafts 3 ver- laufenden Durchgangsöffnung gebildet. Der Ventilschaft 3 kann von einem präzisionsgezogenen Rohr aus Stahl, beispielsweise X45, gebildet sein und ist an seinem nicht dargestellten Ende mittels eines Ventilschaftendstücks/-fußes verschlossen. Der Ventilschaft 3 weist an seinem in Figur 1 dargestellten Ende einen Ventilkegel 7 auf, der durch Durchmesseraufweitung des Ventilschaftendes gebildet ist. Der Ventilschaft 3 und der Ventilkegel 7 sind also einstückig miteinander ausgebildet.

Wie aus Figur 1 ersichtlich, ist der-Ventilkegel 7 sehr dünn- wandig und weist eine geringere Wandstärke als der Ventil- schaft 3 auf. Durch die Aufweitung des Ventilschaftendes und die spezielle Form des Ventilkegels ergibt sich ein koni- scher Übergang vom Schafthohlraum 5 zum Ventilkegel 7 hin.

Das Leichtbauventil 1 weist ferner einen Ventilteller 9 auf, mittels dem der hohle Ventilkegel 7 verschlossen ist. Der Ventilteller 9 ist auf seiner dem Ventilkegel 7 zugewandten Flachseite mit einer von der Ventiltellerumfangsfläche 11 im radialen Abstand angeordneten, umlaufend ausgebildeten Ver- tiefung 13 versehen, in die der Ventilkegel 7 mit seinem durchmessergrößeren Ende hineinragt. Die Vertiefung 13 ist dabei so ausgebildet, dass der Übergang zwischen dem Ventil- teller 9 und dem Ventilkegel 7 in deren Anbindungsbereich stufenlos ist.

Die Vertiefung 13 weist in ihrem Randbereich eine umlaufende Randstufe 14 auf, die zur Abstützung beziehungsweise als An- lageschulter für den Ventilkegel 7 dient. Im zusammengebauten Zustand des Leichtbauventils 1 ist die am durchmessergrößeren Ende befindliche Stirnfläche des in die Vertiefung 13 ein- greifenden Ventilkegels 7 in Anlagekontakt mit der Randstufe 14. Festzuhalten ist, dass die Vertiefung 13 beziehungsweise die Randstufe 14 einen Zentrier-und Abstützsitz für den Ven- tilkegel 7 bildet.

Der Ventilteller 9 ist scheibenförmig ausgebildet und weist einen ersten, zylindrischen Längsabschnitt 15 mit gleichblei- bendem Querschnitt und ein sich daran anschließenden, kegli- gen, das heißt kegelstumpfförmigen zweiten Längsabschnitt 17 auf, wobei der Kegelwinkel des zweiten Längsabschnitts 17 gleich groß wie der Kegelwinkel des Ventilkegels 9 an seinem durchmessergrößeren Ende ist, wodurch der stufenlose Übergang im Anbindungsbereich zwischen diesen Teilen realisiert ist.

Die Mantelfläche des Längsabschnitts 17 bildet üblicherweise die Dichtfläche des Leichtbauventils 1.

Der Ventilteller 9 weist auf seiner dem Ventilkegel 7 bezie- hungsweise dem Ventilschaft 3 zugewandten Flachseite ein Kraftübertragungselement 19 auf, das sich in der Mitte des Ventiltellers 9 befindet und bei diesem Ausführungsbeispiel einstückig mit dem Ventilteller 9 ausgebildet ist. Das Kraft- übertragungselement 19 weist einen kreisrunden Querschnitt auf, der im Wesentlichen über die gesamte Länge konstant ist.

Wie aus der Figur 1 ersichtlich, ist das Kraftübertragungs- element 19 so lang ausgebildet, dass es den hohlen Ventilke- gel 7 durchgreift und in den Schafthohlraum eingreift. Die Stirnfläche 21 des Kraftübertragungselements 19 verläuft in senkrechter Richtung zur Längsmittelachse des Ventilschafts 3 und bildet hier eine Anschlagfläche 23, die an einem im Schafthohlraum 5 vorgesehenen Axialanschlag 25 zusammenwirkt.

Dieser ist von einem umlaufenden Ringbund gebildet, an der das Kraftübertragungselement 19 mit seiner Anschlagfläche 23 anliegt. Der Axialanschlag 25 ist durch einen Durchmesser- sprung im Schafthohlraum 5 gebildet, das heißt, an einen durchmesserkleineren Längsabschnitt des Schafthohlraums 5 schließt sich ein durchmessergrößerer Längsabschnitt an. Der Axialanschlag 25 kann beispielsweise durch Aufweitung des Schafthohlraums 5, durch spanende Bearbeitung (bohren, frä- sen, senken) oder durch entsprechende Ausgestaltung der Ur- form bei der Herstellung mittels eines Pulvermetallurgiever- fahrens gebildet sein.

Die Anordnung des Axialanschlags 25 innerhalb des Schafthohl- raums 5 ist so gewählt, dass beim Anschlagen des Kraftüber- tragungselements 19 mit seiner Stirnfläche 21 am Axialan- schlag 25 der durchmessergrößere Endbereich des Ventilkegels 7 exakt in die Vertiefung 13 im Ventilteller 9 eingreift.

In bevorzugter Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Au- ßendurchmesser des Kraftübertragungselements 19 gleich groß wie beziehungsweise geringfügig größer als der Durchmesser des Schafthohlraums 5 ist, so dass beim Einstecken des Kraft- übertragungselements 19 in den Schafthohlraum 5 eine Kraft- schlussverbindung zwischen diesen Teilen gebildet wird, die zur Vorfixierung des Ventiltellers 9 am Ventilschaft 3 dient.

Nach dem Zusammenfügen des Ventiltellers 9 und des Ventil- schafts 3 in der vorstehend genannten Weise werden der Ven- tilschaft 3 und das Kraftübertragungselement 19 sowie der Ventilteller 9 und der Ventilkegel 7 mittels Stoffschluss miteinander verbunden. Der Ventilteller 9 und der Ventilkegel 7 werden an ihrem im Bereich der Vertiefung 13 liegenden An- bindungsbereich miteinander verschweißt, beispielsweise mit- tels Laserstrahl. Bei dem in Figur 1 dargestellten Ausfüh- rungsbeispiel eignet sich zum Verbinden des Kraftübertra- gungselements 19 und des Ventilschafts 3 besonders das Prü- ferlöten als Fügetechnik. Selbstverständlich sind auch andere Varianten zur festen, unlösbaren Verbindung zwischen Kraft- übertragungselement 19 und Ventilschaft 3 sowie Ventilteller 9 und Ventilkegel 7 möglich.

Das in Figur 1 dargestellte Ausführungsbeispiel des Leicht- bauventils 1 zeichnet sich durch geringe Wandstärken der ein- zelnen Teile, insbesondere des Ventilkegels 9, und somit durch ein nur geringes Gewicht aus. Vorteilhaft ist weiter- hin, dass sich die Einzelteile in einfacher Weise durch zu- sammenstecken fügen lassen und dabei mittels des Kraftüber- tragungselements 19 gleichzeitig eine gegenseitige Ausrich- tung von Ventilteller und Ventilschaft sowie Ventilkegel er- folgt. Die im Betrieb des Leichtbauventils 1 auf den Ventil- teller 9 wirkenden Gaskräfte werden in vorteilhafter Weise über das mittig angeordnete Kraftübertragungselement 19, das vom am Ventilschaft 3 vorgesehenen Axialanschlag 25 abge- stützt wird, in den Ventilschaft 3 eingeleitet. Auf Grund des vorstehend genannten konstruktiven Aufbaus des Leichtbauven- tils 1 werden die auf den Ventilteller 9 wirkenden Gaskräfte nicht oder nur in unschädlichem Maße in den sehr dünnwandigen Ventilkegel 7 eingeleitet. Eine Verformung des Ventilkegel 7 kann daher mit Sicherheit ausgeschlossen werden.

Der Schafthohlraum 5, der an seinem einen Ende mittels des Ventilendstücks und an seinem anderen Ende mittels des Kraft- übertragungselements 19 dichtend verschlossen ist, kann mit einem Kühlmedium, beispielsweise Natrium, gefüllt sein. Zur Verbesserung der Wärmeabfuhr aus dem Ventilteller 9 ist bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ein in die Stirnfläche 21 des Kraftübertragungselements 19 eingebrachtes Sackloch 27 vorgesehen, das sich bis nahe an den scheibenför- migen Grundkörper des Ventiltellers 9 erstreckt. Das Sackloch 27 ist fluchtend zum Schafthohlraum 5 angeordnet und daher ebenfalls mit dem Kühlmedium befüllt.

Bei einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist vorge- sehen, dass auch der zwischen dem Ventilteller 9, dem Ventil- kegel 7 und dem Kraftübertragungselement 19 gebildete Hohl- raum 29 zumindest teilweise mit dem Kühlmedium gefüllt ist.

Der Hohlraum 29 bildet eine erste Kammer und der Schafthohl- raum 5 gemeinsam mit dem Sackloch 27 eine zweite Kammer, die zum Zwecke eines Druckausgleichs bei Erwärmung des Kühlmedi- ums über mindestens eine, den Hohlraum 29 mit dem Sackloch 27 verbindende Bypassöffnung im Kraftübertragungselement 19 mit- einander verbunden sind. Es kann also ein Austausch des Kühl- mediums zwischen Schafthohlraum 5 und dem Hohlraum 29 des Ventilkegels 7 erfolgen.

Figur 2 zeigt einen Ausschnitt eines weiteren Ausführungsbei- spiels des Leichtbauventils 1. Gleiche Teile sind mit glei- chen Bezugszeichen versehen, so dass insofern auf die Be- schreibung zur Figur 1 verwiesen wird. Das Leichtbauventil 1 unterscheidet sich von dem in Figur 1 dargestellten Ausfüh- rungsbeispiel insbesondere dadurch, dass das am Ventilteller 9 ausgebildete Kraftübertragungselement 19 zu seinem freien Ende hin spitz zulaufend ausgebildet ist. Das freie Ende des Kraftübertragungselements 19 weist eine Konusform auf, wobei die Außenseite des Konus eine umlaufend ausgebildete Anlage- fläche 31 bildet, die im zusammengefügten Zustand des Ventil- tellers 9 und des Ventilschafts 3 an einer korrespondierend ausgebildeten, am Schafthohlraum 5 vorgesehenen Gegenfläche 33 flächig anliegt. Die Gegenfläche 33 ist durch eine ent- sprechend konisch ausgebildete Erweiterung des Schafthohl- raums 5 zu seinem dem Ventilkegel 7 zugewandten Ende hin ge- bildet. Die Gegenfläche 33 kann beispielsweise bei einem aus Stahl bestehenden Ventilschaft 3 durch Aufweitung des Schafthohlraums 5 gebildet sein.

Auf Grund des angeschrägten, konisch ausgebildeten freien En- des des Kraftübertragungselements 19 ist das in Figur 2 dar- gestellte Ausführungsbeispiel des Leichtbauventils 1 insbe- sondere dazu geeignet, den Ventilteller 9 mit dem Ventil- schaft 3 mittels Reibschweißen stoffschlüssig miteinander zu verbinden. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Anbin- dung des Kraftübertragungselements 19 an den Ventilschaft 3 so gewählt, dass nach dem Zusammenfügen des Ventiltellers 9 und des Ventilschafts 3, also nachdem das Kraftübertragungs- element 19 in die dafür vorgesehene Position im Schafthohl- raum 5 eingeführt ist, das durchmessergrößere Ende des Ven- tilkegels 7 zumindest annähernd kräftefrei in die auf der Oberseite des Ventiltellers 9 vorgesehene Vertiefung 13 ein- greift beziehungsweise hineinragt. Denkbar ist es, dass beim Verbinden des Ventiltellers 9 mit dem Ventilschaft 3 mittels Reibschweißen dabei auch der Ventilkegel 7 und der Ventiltel- ler 9 mittels Reibschweißen miteinander verbunden werden. Al- ternativ ist es möglich, dass in einem separaten Schweißvor- gang die Anbindung des Ventilkegels 7 an den Ventilteller 9 im Bereich der Vertiefung 13 erfolgt.

Figur 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel des Leichtbau- ventils 1, das sich von dem anhand der Figur 2 beschriebenen Leichtbauventil 1 unter anderem dadurch unterscheidet, dass in der an der Innenwand des Schafthohlraums 5 vorgesehenen, zum Schaftende hin konisch erweiternden Gegenfläche 33 eine Ausnehmung 35 vorgesehen ist, die zur Ausbildung einer Form- schlussverbindung zwischen Kraftübertragungselement 19 und Ventilschaft 5 dient. Die Ausnehmung 35 ist von einer umlau- fenden Ringnut gebildet. Durch Auf-beziehungsweise Anschmel- zen des Kraftübertragungselements 19 im Bereich der Vertie- fung 35, was beispielsweise mittels Kondensatorentladungs- schweißen erfolgen kann, fließt das aufgeschmolzene Material des Kraftübertragungselements 19 in die Vertiefung 35. Zu- sätzlich oder alternativ kann das Kraftübertragungselement 19 mit dem Ventilschaft 3 verlötet werden Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 sind in der Vertie- fung 13 mehrere, vorzugsweise drei Versteifungsrippen 37 vor- gesehen, die in den Ventilteller 9 einformt sind, wobei in der Darstellung gemäß Figur 3 lediglich eine der Verstei- fungsrippen 37 erkennbar ist. In Draufsicht auf die dem Ven- tilschaft 3 zugewandte Flachseite des Ventiltellers 9 gese- hen, verlaufen die Versteifungsrippen 37 radial zur Längsmit- telachse des Leichtbauventils 1 und sind in einem Abstand von 120° voneinander angeordnet. Die Länge der vom Randbereich der Vertiefung 13 in Richtung Ventiltellermitte ausgehenden Versteifungsrippen 37 entspricht in etwa dem halben Radius des Ventiltellers 7. Wie aus Figur 3 ersichtlich, sind bei diesem Ausführungsbeispiel die Versteifungsrippen 37 als ge- radlinige Leisten ausgebildet, deren Höhe in Richtung der Ventiltellermitte hin zunimmt.

Die Versteifungsrippen 37 sind komplementär mit der Innenwand des Ventilkegels 7 ausgebildet, so dass dieser im zusammenge- fügten Zustand des Leichtbauventils 1 mit seiner Innenwand auf der oberen Schmalseite 39 der Versteifungsrippen 37 flä- chig anliegt und somit von diesen abgestützt ist. Der Ventil- kegel 7 und die Versteifungsrippen 37 können an ihrem Anlage- kontaktbereich miteinander verschweißt oder verlötet sein.

Die Versteifungsrippen 37 verhindern also ein Verformen des dünnwandigen Ventilkegels 7 im Betrieb des Leichtbauventils 1 in Folge der auf die Außenseite des Ventilkegels 7 wirkenden Gaskräfte. Eine weitere Funktion der Versteifungsrippen be- steht darin, beim Zusammenfügen von Ventilschaft 3 und Ven- tilteller 9 diese exakt gegeneinander auszurichten, sofern dies nicht bereits mittels des Kraftübertragungselements 19, das in den Schafthohlraum 5 eingreift, hinreichend genau er- folgt.

Alternativ zu den Versteifungsrippen kann auch ein umlaufend ausgebildeter Abstützabschnitt vorgesehen sein, der im Quer- schnitt identisch wie die vorstehend beschriebenen Verstei- fungsrippen ausgebildet sein kann.

Den anhand der Figuren 1 bis 3 beschriebenen Ausführungsbei- spielen des Leichtbauventils 1 ist gemeinsam, dass die Ver- bindung zwischen Kraftübertragungselement 19 und dem Ventil- schaft 3 so ausgebildet ist, dass die im Betrieb auf den Ven- tilteller 9 wirkenden Kräfte im Wesentlichen vollständig über das Kraftübertragungselement 19 in den Ventilschaft 3 einge- leitet werden und die Verbindung zwischen Ventilteller 9 und Ventilkegel 7 derart ausgebildet ist, dass wenn überhaupt nur sehr geringe Kräfte vom Ventilteller 9 in den Ventilkegel 7 eingeleitet werden.

Festzuhalten bleibt, dass der Ventilschaft 3 und der Ventil- teller 9 aus dem gleichen Material oder aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sein können. Die Verbindung zwischen Ventilteller 9 und Ventilschaft 3 kann insbesondere auch bei allen anhand der Figuren 1 bis 3 beschriebenen Ausführungs- beispielen des Leichtbauventils 1 mittels Reib-, Strahl-, Schmelz-oder Kondensatorentladungsschweißen erfolgen. Das Verbinden von Ventilteller 9 und dem extrem dünnwandigen Ven- tilkegel 7 erfolgt vorzugsweise mittels Strahl-, Schmelz- oder Laserschweißen.

Zusammenfassend bleibt festzuhalten, dass das erfindungsgemä- ße Leichtbauventil 1 sich neben seinem nur geringen Gewicht insbesondere dadurch auszeichnet, dass es nur wenige einzelne Bauteile aufweist, die mit wenigen, einfachen Fügeoperationen miteinander verbunden werden, so dass es kostengünstig her- stellbar ist.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Kraftübertragungselements sind lediglich beispielhaft anhand eines Leichtbauventils be- schrieben worden, bei dem der Ventilkegel einstückig mit dem Ventilschaft ausgebildet ist. Selbstverständlich kann ein derartiges Kraftübertragungselement auch bei einem Leichtbau- ventil eingesetzt werden, bei dem der Ventilkegel ein separa- tes Bauteil ist, welches an seinem durchmessergrößeren Ende am Ventilteller und an seinem durchmesserkleineren Ende am Ventilschaft und/oder am in den Ventilschaft eingreifenden Kraftübertragungselement fixiert ist.




 
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