Die US-PS 2 136 690 zeigt u. a. ein mehrteilig zusammengesetz- tes Vollschaftventil, bei dem der Ventilsitz mit einem ver- schleißfesten Werkstoff gepanzert ist. Die Panzerung besteht aus einer vorgefertigten, zentrisch gelochten und am Außen- rand konisch abgeschrägten Scheibe aus einem widerstandsfähi- gen und gut wärmeleitenden Verbundwerkstoff, wobei diese Pan- zerungsscheibe bis zum Rand des Ventiltellers ragt und die tellerseitige Dichtfläche bildet. Der Verbundwerkstoff ist durch eine Matrix aus einem zähen und leitfähigen, vorzugs- weise Kupfer enthaltenden Metall gebildet, in die fein ver- teilt Partikel eines harten und widerstandsfähigen Werkstoffs wie z. B. Wolfram fest haftend eingelagert sind. Diese Hart- partikel sollen nicht nur die Matrix schützen, sondern auch eine Zerstörung der Ventil-Dichtflächen verhindern oder zu- mindest verzögern. Bei dem vorbekannten Ventil ist die der Panzerung dienende Scheibe gemeinsam mit einer brennraumsei- tig aufgelegten Stützscheibe aus herkömmlichen Ven- tilwerkstoff an das tellerseitige Ende des Ventilschaftes an- genietet, wobei der Schaftwerkstoff als Niet dient. Der Ven- tilteller ist hier also für sich mehrteilig, nämlich aus zwei Scheiben ausgebildet. Zur verkantungssicheren, axialen Ab- stützung des aus Panzerungsscheibe und Stützscheibe bestehen- den Ventiltellers ist am Ventilschaft eine relativ breite Schulter angeschmiedet. Das tellerseitige Ende des Ventil- schaftes ragt mit einem als Nietschaft dienenden Zapfen durch die zentrische Öffnung der beiden Scheiben hindurch, wobei das äußerste Ende dieses Zapfens zu einem in einer Ansenkung der Stützscheibenöffnung sich erstreckenden Nietsenkkopf um- geformt ist. Zwar ist der Ventilteller in beiden Wirkrichtun- gen der Axialkraft-Druck und Zug-formschlüssig mit dem Ventilschaft verbunden. Nachteilig an dem vorbekannten Ventil ist jedoch, dass zur kippsicheren Führung des Scheibenverbun- des des mehrteiligen Ventiltellers an den Ventilschaft eine radial relativ breite Schulter angeformt werden muss, deren radiale Breite bei dem im Stand der Technik dargestellten Ausführungsbeispiel etwa ein drittel des Schaftdurchmessers entspricht. Die angestauchte Schulter übernimmt nicht nur die Funktion einer verkantungssicheren, axialen Abstützung des mehrlagigen Ventiltellers, sondern aufgrund des fließenden Überganges vom Schaftquerschnitt auf den Schulterumfang auch die Funktion eines Strömungsleitkörpers auf der umströmten Oberseite des Ventiltellers. Nachteilig ist ferner, dass es aufgrund der hochfrequenten Stoßbelastungen zu mikrofeinen Relativverschiebungen zwischen den verbundenen Teilen in Drehrichtung kommen kann, was an den Kontaktflächen zu Ver- schleiß und somit zu einer Lockerung der Verbindung führen kann.

In der älteren Patentanmeldung der Anmelderin gemäß der nicht vorveröffentlichten DE 100 29 299 AI werden nicht nur ver- schiedene bauliche Gestaltungen von gebauten Ventilen der hier angesprochenen Art beschrieben, sondern diese Schrift geht auch auf die Herstellungsverfahren der vorgestellten Ventilbauarten ein. Allerdings sind die daraus bekannten Ven- tile herstellungsbedingt alle mit einem Hohlschaft versehen, was bei der vorliegenden Erfindung zwar vorteilhaft, aber keineswegs eine zwingende Voraussetzung ist. Vorteilhaft an dem bekannten Ventil ist das geringe Gewicht und/oder die hohe Lebensdauer des Ventils, welche dadurch bedingt sind, dass thermisch und/oder tribologisch hoch belastbare Leicht- bauwerkstoffe, insbesondere Keramik oder Titanaluminid, für den Ventilteller verwendet werden können. Nachteilig an dem bekannten Ventil ist jedoch, dass aufgrund möglicher Unter- schiede der Temperaturausdehnungskoeffizienten, die je nach Werkstoffpaarung u. U. erheblich sein können, es bei Betriebs- temperatur des gebauten Ventils zu einem Nachlassen der Vor- spannung in der Verbindung zwischen Schaft und Teller kommen kann. Dies könnte unter den im Betrieb auftretenden Beanspru- chungen ebenfalls zu einer Relativverschiebung der Kontakt- flächen, infolge dessen zu einem Kontaktverschleiß und zu ei- ner Lockerung der Verbindung führen.

Der Vollständigkeit halber sei auch noch auf die EP 296 619 AI verwiesen, die ebenfalls ein gebautes Ventil zeigt, dessen bauliche Komponenten aus unterschiedlichen Werkstoffen beste- hen. Der rohrförmige Ventilschaft besteht vorzugsweise aus Chrom-Molybdän-Stahl. Der Ventilteller, der bevorzugt aus der intermetallischen Phase Titanaluminid bestehen soll, kann durch Präzisionsgießen hergestellt werden. Der fertige Ven- tilteller ist oberseitig mit einer Sacklochbohrung zur Auf- nahme des tellerseitigen Schaftendes versehen. Durch Auf- schrumpfen, kalt Einpressen, Löten oder durch eine Kombinati- onen dieser Verbindungstechniken kann der Ventilschaft in der Sacklochbohrung befestigt sein. In einem dort zeichnerisch dargestellten Fall ist die Leibung der Sacklochbohrung außer- dem axial gewellt ausgebildet, wobei die endseitige Wandung des Schaftrohres unter dem Einfluss von Druck und örtlicher Erwärmung aufgeweitet werden und sich dabei formschlüssig in die bohrungsseitigen Wellen einlegen soll. Bei dem gebauten Hohlschaftventil nach der EP 296 619 AI muss allerdings ange- zweifelt werden, dass die Verbindung zwischen Ventilschaft und Ventilteller unter den sowohl in thermischer als auch in mechanischer Hinsicht erheblichen statischen und dynamischen Belastungen ausreichend haltbar ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, das gattungsgemäß zugrundege- legte Ventil dahingehend zu verbessern, dass die Verbindung zwischen Ventilteller und Ventilschaft in ihrer Dauerhaltbar- keit erhöht wird.

Diese Aufgabe wird bei Zugrundelegung des gattungsgemäßen Ventils erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst.

Aufgrund der verdrehgesicherten Ausgestaltung der Verbindung zwischen Ventilteller und Ventilschaft ist eine Relativbewe- gung der verbundenen Teile wirksam verhindert. Kriechbewegun- gen und dadurch bedingter Verschleiß in der Fügestelle werden somit vermieden. Aufgrund dessen vermag die Fügestelle die im Motorbetrieb dauerhaft auftretenden thermischen und mechani- schen Belastungen besser zu ertragen.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteran- sprüchen entnommen werden ; im übrigen ist die Erfindung an- hand verschiedener, in den Zeichnungen dargestellter Ausfüh- rungsbeispiele nachfolgend noch erläutert ; dabei zeigen : Fig. 1 eine perspektivische Einzeldarstellung eines Ventil- tellers mit Sicht auf dessen Brennraumseite und die unrunde Erweiterung der Mittenöffnung, Fig. 2 ein fertig montiertes Ventil unter Verwendung eines Ventiltellers nach Figur 1, Fig. 3 und 4 zwei weitere Ausführungsbeispiele von Ventiltel- lern bzw. von unrunden Erweiterungen der Mittenöffnung, und Fig. 5 ein in zwei unterschiedlichen Varianten angedeutetes, weiteres Ausführungsbeispiel eines gebauten Ventils mit Hohl- schaft und gesonderter Dehnstrecke in der Verbindung zwischen Ventilteller und Schaft.

Die nachfolgend im Zusammenhang mit verschiedenen Ausfüh- rungsbeispielen zunächst gemeinsam erläuterte Erfindung geht aus von einem gebauten Ventil 1, 1', 1"für Hubkolbenmaschi- nen, welches aus einem Ventilschaft 2, 2', 2"und aus einem baulich gesonderten Ventilteller 3, 3', 3", 3, besteht, der sowohl in Druck-als auch in Zugrichtung formschlüssig mit dem Ventilschaft 2 verbunden ist. Zu diesem Zweck ist der mo- nolitische Ventilteller 3, 3', 3", 3, mit einer durchgehenden Mittenöffnung 4, 4'zur Aufnahme des tellerseitigen Endes des Ventilschaftes versehen, deren auf der Brennraumseite 10 des Ventiltellers 3 liegender Rand konisch erweitert ist und so eine Erweiterung 6, 6', 6"bildet. Der Ventilschaft 2 seiner- seits weist am Außenumfang einen die Einstecktiefe des Ven- tilschaftes in die Mittenöffnung begrenzenden, achssenkrech- ten Bund 7, 7'auf, wogegen im Bereich der Mittenöffnung 4 des Ventiltellers 3 eine ringförmige Anlagefläche 5, 5'zur Anlage des schaftseitigen Bundes 7 vorgesehen ist. Das brenn- raumseitige oder tellerseitige Ende 13, 13'des Ventilschaf- tes ist-nach dem Zusammenstecken von Teller und Schaft-im Bereich der brennraumseitigen Erweiterung 6 der Mittenöffnung in einer diese formschlüssig ausfüllenden Weise plastisch aufgeweitet, so dass eine Anstauchung 8, 8'entsteht, die ge- meinsam mit dem Paar von Anlageflächen eine in Zug-und Druckrichtung formschlüssige Verbindung zwischen Teller und Schaft bildet. Mit Rücksicht darauf, dass der Ventilteller auf seiner Oberseite strömungsgünstig gewölbt und somit mit einer gewissen Bauhöhe ausgestattet ist, so dass er die Funk- tion eines Strömungsleitkörpers übernehmen kann, braucht das Paar von axialen Anlageflächen 5 und 7 in Radialrichtung nur schmal zu sein. Eine kippsichere Führung des Ventiltellers gegenüber dem Ventilschaft kommt durch die Bauhöhe des Ven- tiltellers und die dementsprechend große Einstecktiefe des Schaftes im Ventilteller zustande.

Um die Verbindung zwischen Ventilteller und Ventilschaft in ihrer Dauerhaltbarkeit erhöhen zu können, ist die brennraum- seitige Erweiterung 6, 6', 6", 6, der Mittenöffnung 4, 4'und demgemäß auch die formangepasste, endseitige Aufweitung 8, 8' des Ventilschaftes 2, 2', 2"erfindungsgemäß von einer rota- tionssymmetrischen Form derart abweichend ausgebildet, dass dadurch eine formschlüssige Verdrehsicherung zwischen Ventil- schaft 2, 2', 2"und monolitisch aus einem einzigen Teil be- stehenden Ventilteller 3, 3', 3", 3, gebildet ist.

Durch die Verdrehsicherung zwischen Ventilteller und Ventil- schaft ist eine Relativbewegung der verbundenen Teile während des Motorbetriebes wirksam verhindert und ein durch Kriechbe- wegungen bedingter Verschleiß in der Fügestelle somit vermie- den. Aufgrund dessen vermag die Fügestelle die im Motorbe- trieb dauerhaft auftretenden thermischen und mechanischen Be- lastungen besser zu ertragen. Die Verdrehsicherung kann ohne fertigungsmäßigen Mehraufwand hergestellt werden.

Bei dem in den Figuren 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die brennraumseitige Erweiterung 6 der Mittenöffnung 4 konisch nach Art eines Pyramidenstumpfes mit gerundeten Kan- ten zwischen den Flachseiten ausgebildet. Beim Ventilteller 3, nach Figur 5 sei eine gleiche Form der Erweiterung 6 unter- stellt, wie sie in Figur 1 zu erkennen ist, allerdings unter- scheidet sich der Ventilteller 3, nach Figur 5 bezüglich ande- rer Merkmale von dem Ventilteller 3 nach den Figuren 1 und 2, worauf weiter unten näher eingegangen werden soll.

Bei dem Ventilteller 3'nach Figur 3 ist die brennraumseitige Erweiterung 6'im wesentliche auch konisch ausgebildet, und zwar ist einem koaxial zur Mittenöffnung liegenden Rundkonus ein stark oval ausgebildeter Konus überlagert, wobei die bei- den sich überschneidenden Konusarten im Bereich der gegensei- tigen Überschneidungen stark verrundet ineinander übergehen.

Der in Figur 4 gezeigte Ventilteller 3"weist lediglich eine stark oval ausgebildete, konische Erweiterung 6"auf.

Alle drei gezeigten Ausführungsbeispiele von Erweiterungen 6, 6', 6"sind zum einen stark unrund ausgebildet, lassen sich aber aufgrund sanfter Übergänge bzw. Abweichungen von einer Rotationsform durch eine plastisch in die Erweiterung einge- formte Anstauchung 8, 8'vollständig und formgetreu ausfül- len. Beide Charakterisierungen sind für einen wirksamen Form- schluss gegen gegenseitiges Verdrehen wichtig. Die sanften Übergänge bzw. Abweichungen von einer Rotationsform sind auch im Hinblich auf eine Fertigung derartiger Erweiterungen 6, 6', 6"vorteilhaft, sei es, dass diese durch ein Formwerkzeug - Schmieden, Gießen, Formsintern-oder durch einen spange- benden Unrund-Drehvorgang hergestellt werden. Die Herstellung der genannten, unrunden Erweiterungen 6 erfordert keinen Mehraufwand im Vergleich zur Herstellung von rotationssymmet- rischen Ansenkungen, insbesondere dann nicht, wenn die Erwei- terungen durch ein den Ventilteller formendes Formwerkzeug erzeugt werden.

Das in den Figuren 1 und 2 gezeigte Ausführungsbeispiel eines Ventiles 1 weist einen massiven Ventilschaft 1 auf, bei dem der schaftseitige Bund 7 beispielsweise durch einen spange- benden Drehvorgang herausgearbeitet ist. Der Bund 7 ist radi- al relativ schmal und braucht lediglich die axiale Vorspan- nung der Verbindung aufzunehmen. Die radiale Breite b des schaftseitigen Bundes 7 bzw. der tellerseitigen Anlagefläche 5 entspricht maximal etwa 25 %, vorzugsweise etwa 15 bis 20 % des Schaftdurchmessers D. Die Verkantungssicherheit des Ven- tiltellers 3 gegenüber dem Schaft 2 ist durch die relativ große Bauhöhe des Tellers und die dementsprechend große Ein- stecktiefe des Schaftes darin gewährleistet. Die Einstecktie- fe ist deutlich größer als der Durchmesser des Schaftes in diesem Bereich.

Auch ein massiver Ventilschaft, d. h. ein solcher mit Voll- querschnitt, kann unter Gewichtsaspekten durchaus in einem mehrteiligen Ventil in Frage kommen, und zwar dann, wenn für den Ventilteller ein Leichtbau-Werkstoff verwendet wird. Die Gewichtsersparnis gegenüber einem herkömmlichen Ventil liegt dann ausschließlich in dem geringeren Gewicht des Ventiltel- lers. In diesem Zusammenhang seien als in Frage kommende Tel- lerwerkstoffe folgende Materialien als Leichtbauwerkstoffe erwähnt : - eine Keramik, insbesondere Siliziumcarbid (SiC), - eine intermetallische Phase, insbesondere Titanaluminid, - eine Titan/Aluminium-Legierung.

Über den Gewichtsvorteil hinaus besitzen diese Werkstoff auch hervorragende thermische und mechanische Eigenschaften, die sie als Ventil-Werkstoff besonders erstrebenswert machen. Ein verbreiteter Einsatz dieser Werkstoffe scheiterte aber bisher stets an einer unter Kostengesichtspunkten vertretbaren Ver- arbeitbarkeit und/oder an einer sicheren und dauerhaften Ver- bindungstechnik zwischen Schaft und Ventilteller.

Zur weiteren Gewichtsreduzierung des Ventils kann der aus ei- nem Ventilstahl bestehende Schaft hohl ausgebildet sein, wie dies am Beispiel des Ventils 1'bzw. 1"gemäß Figur 5 darge- stellt ist. Die endseitigen Wandungen des Hohlschaftes sind gasdicht verschlossen, was z. B. durch ein Rollfließverfahren auf hochrationelle Weise erfolgen kann. Ein solcher Hohl- schaft kann auch mit einem Kühlmittel, z. B. mit Natrium, par- tiell gefüllt werden, so dass das Niveau der Betriebstempera- tur des Ventils abgesenkt werden kann. Nach dem Einstecken des tellerseitigen, zunächst noch nicht angestauchten Schaf- tendes 13 in die Mittenöffnung 4'bis zur gegenseitigen Be- rührung der ringförmigen Anlageflächen 5'bzw. 7'wird das Überstehende Ende des Ventilschaftes in die unrunde Erweite- rung 6 angestaucht, so dass eine senkkopfförmige Anstauchung 8'entsteht. Dieses Anstauchen kann im Warmzustand, z. B. e- benfalls mittels des bereits erwähnten Rollfließverfahrens, durchgeführt werden. Auch dabei wird die brennraumseitige Er- weiterung 6 der Mittenöffnung 4'formschlüssig durch die An- stauchung 8'ausgefüllt, so dass eine wirksame Verdrehsiche- rung zwischen Teller 3, und Schaft 2'bzw. 2"entsteht.

Einige der in Frage kommenden Leichtbauwerkstoffe, insbeson- dere Keramiken, unterscheiden sich gegenüber Stahl sehr deut- lich in ihrem thermischen Dehnungsverhalten, d. h. sie dehnen sich bei Temperaturerhöhung wesentlich weniger als Stahl. Um auch bei einer solchen Werkstoffpaarung gleichwohl ein ther- misch bedingtes Lockern der verbundenen Teile zu verhindern, ist bei dem in Figur 5 dargestellten Ausführungsbeispiel der außenseitig am Ventilschaft 2', 2"angebrachte, die Einsteck- tiefe begrenzende achssenkrechte Bund 7'durch eine aufge- steckte, passgenaue Rohrmanschette 11 bestimmter Länge L ge- bildet. Die Rohrmanschette ist mit ihrem tellerfernen Ende in einer vorbestimmten Axialposition am Ventilschaft 2', 2"un- verrückbar festgesetzt. In der in Figur 5 links gezeigten Va- riante stützt sich die Rohrmanschette an einem Bund 12'des Schaftes 2'ab, wogegen in der rechts dargestellten Variante das tellerferne Ende der Rohrmanschette mittels einer Ring- schweißnaht 12 mit dem Schaft 2"verbunden ist. Die dem Ven- tilteller 3, zugewandte Stirnseite der Rohrmanschette 11 bil- det in beiden Fällen den schaftseitigen Bund 7'. Aufgrund der einseitig tellerfernen Fixierung 12, 12'der Manschette 11 an dem Ventilschaftrohr kann sich der axial gegenüberliegende Bund 7'relativ zum Ventilschaftrohr im Rahmen der Werkstoff- Elastizität axial verlagern, wobei diese elastisch bedingte Verlagerungsstrecke um so größer ist, je größer die Länge L der Manschette ist.

Ferner ist bei dem in Figur 5 gezeigten Ausführungsbeispiel die im Bereich der Mittenöffnung 4'des Ventiltellers 3, ange- brachte, zum schaftseitigen Bund 7'korrespondierende Anlage- fläche 5'axial in das Innere der Mittenöffnung 4'verlagert.

Dadurch ergibt sich eine deutlich geringere Klemmlänge l, als der axialen Höhe des Ventiltellers 3, oder als der Länge L der Manschette 11 entspricht.

Nach dem strammen Aufstecken des Ventiltellers 3, auf das Ende des Ventilschafts 2', 2"wird die Anstauchung 8'in die Er- weiterung 6 eingeformt und die formschlüssige Verbindung zwi- schen Schaft und Ventilteller hergestellt. Wichtig bei dem Fügevorgang von Teller und Schaft ist, dass im Falle der Aus- bildung des Ventiltellers aus einem Werkstoff mit einem deut- lich geringeren Temperaturausdehnungskoeffizienten als Stahl die Formschlussverbindung bei Raumtemperatur des fertigen Ventils unter einer möglichst hohen axialen Vorspannung steht. Nur aufgrund einer hohen axialen Vorspannung der Fü- gestelle und aufgrund der besonderen Ausgestaltung des elas- tisch verlagerbaren Bundes 7'mit Vorspannkraft-Reserve kann sichergestellt werden, dass auch bei Betriebstemperatur des Ventils der beispielsweise aus Keramik bestehende Ventiltel- ler 3, noch mit einer gewissen Rest-Vorspannung am Ventil- schaft festgeklemmt bleibt. Je größer das Verhältnis von Man- schettenlänge L zu Klemmlänge 1 ist, um so größer ist die Vor- spannkraft-Reserve der Verbindung. Es kann daher durchaus zweckmäßig sein, die Manschette 11 über nahezu die gesamte Länge des Ventilschaftes zu erstrecken.

Um eine möglichst hohe axiale Vorspannung der Formschlussver- bindung gewährleisten zu können, sollte die Manschette 11 und der Ventilteller während des Herstellens der Anstauchung 8' möglichst kalt und der innerhalb der Manschette steckende Teil des Ventilschaftrohres möglichst warm sein. Ein Tempera- turausgleich zwischen den genannten Teilen sollte erst statt- finden können, nachdem die Anstauchung 8'erkaltet ist und sich nicht mehr plastisch verformen kann. Durch den verzöger- ten Ausgleich einer solchen erzwungenen Temperaturdifferenz baut sich eine axiale Vorspannung auf. Mit Rücksicht auf die hohen Betriebstemperaturen insbesondere von Auslassventilen sollte die mit zunehmender Betriebstemperatur nachlassende Vorspannung bei Raumtemperatur so hoch wie möglich gewählt bzw. angestrebt werden. Optimaler weise sollte die Füge- Vorspannung bei Raumtemperatur nahe bei der Elastizitätsgren- ze des Stahlwerkstoffes liegen.