Ventil mit Dichtfläche und Ventilsitzring mit Ventilsitzfläche mit einer hydrophilen Struktur

Die vorliegende Erfindung betrifft Tellerventile von Verbrennungsmotoren, die zur Abdichtung einen Brennraums Verwendung finden. Hier wird ein Ventil und ein Ventilsitzring mit einer strukturierten Oberfläche im Bereich der jeweiligen Dichtfläche eingesetzt.

Durch einen verbesserten Rostschutz steigt die Verwendbarkeitsdauer von Fahrzeugen. Um zu verhindern, dass die Motoren der die Betriebszeit begrenzende Faktor bei einem Betrieb eines Fahrzeugs werden, muss der Verschleiß insbesondere von kritischen Komponenten begrenzt werden. Die Ventile eines Verbrennungsmotors sind dabei einer besonders hohen Belastung ausgesetzt. Früher wurden die Dichtflächen von Tellerventilen durch Bleioxidablagerungen aus Rückständen von Tetraetylblei geschützt, was inzwischen durch die Verwendung von gehärteten Dichtflächen und Ventilsitzen nicht mehr notwendig ist. Bei den gestiegenen Betriebszeiten von Verbrennungsmotoren kann es sein, dass die herkömmliche Härtung oder Panzerung von Ventildichtflächen nicht mehr ausreicht, um einen sicheren Betrieb über die gesamte Lebensdauer eines Kraftfahrzeugs gewährleisen zu können; daher ist es inzwischen wünschenswert, die Lebensdauer von Tellerventilen von Verbrennungsmotoren zu erhöhen.

Im Folgenden wird der Begriff „Ventilsitzring“ als die Komponente definiert, die eine Dichtfläche eines Tellerventils in einem Zylinderkopf umfasst. Die kegelstumpfmantelförmige Dichtfläche des Ventilsitzring wird im Folgenden einfach als „Ventilsitz“ bezeichnet. Der Begriff „Dichtfläche“ wird im Folgenden im Sinne von „Ventildichtfläche“ verwendet, um die kegelstumpfmantelförmige Dichtfläche eines Tellerventilkörpers zu bezeichnen, wobei diese Fläche im Allgemeinen auch als Ventilkegelfläche oder Ventilsitz bezeichnet wird. Diese Bezeichnungen wurden gewählt, um Klarheit darüber zu erreichen, ob eine Fläche nun dem Ventilsitz oder dem Ventilkörper zugeordnet ist. Die Dichtfläche und der Ventilsitz beschreiben jeweils die Einhüllenden der Flächen, die bei einem geschlossenen Ventil aufeinander zu liegen kommen, und damit nicht eine gesamte Kegelstumpfmantelfläche an dem Ventil oder dem Ventilsitzring

Im Folgenden wird der Begriff Tellerventil für den Tellerventilköper verwendet, um die Beschreibung knapper gestalten zu können. Im Prinzip bildet der Tellerventilköper zusammen mit dem Zylinderkopf, dem Ventilsitz, der Ventilfeder und dem Ventiltrieb zusammen ein Ventil in der Bauform eines Tellerventils

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Tellerventil, spezieller einen Tellerventil-Körper mit einem Ventilschaft, einem Ventilteiler, einem Ventilboden und einer Dichtfläche an einem Ventilkopf, die eine Kegelstumpfmantelförmige Gestalt aufweist, wobei der Ventilschaft an einem dem Ventilteller gegenüberliegenden Ende mit einer Aufnahme zur Verbindung mit einer Ventilfeder versehen ist. Im Folgenden wird der Begriff Tellerventil verwendet, um auf einen Tellerventilkörper Bezug zu nehmen.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Tellerventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bereitgestellt. Hier wird ein Tellerventil bzw. ein Tellerventilkörper mit einer Dichtfläche am Ventilkopf bereitgestellt, die mit Vertiefungen versehen ist. Die Dichtfläche herkömmlicher Tellerventile ist möglichst glatt ausgeführt, um einen Verschleiß zu verringern, indem die Möglichkeit, dass sich raue Oberflächenkomponenten miteinander verhaken können verringert wird. Die vorliegende Erfindung geht nun davon aus, dass der Aufprall der Dichtfläche des Ventils auf der Ventilsitzfläche zu einer Impulsbelastung führt, die wesentlich für einen Verschleiß des Ventils verantwortlich ist. Es wird daher vorgeschlagen, die Oberfläche der Dichtfläche mit Vertiefungen zu versehen, in denen sich flüssige und feste Ablagerungen ansammeln können, die einen Film bilden sollen, der den Aufprall des Ventils beim Schließvorgang und beim Zünden des Treibstoff-Luftgemischs im Brennraum dämpfen kann. Grundlegend ist hier vorgesehen durch die Vertiefungen ein Reservoir zu schaffen, in dem sich einerseits Material ablagem kann, und aus dem sich ein Film bilden kann, der sich über die gesamte Dichtfläche erstreckt und bei einem Schließvorgang zumindest die Spitzenbelastung verringern kann.

In einer Ausführungsform des Tellerventils ist das Tellerventil als innengekühltes Tellerventil ausgeführt.

Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Ventilsitzring mit einem Ventilsitz bzw. einer Ventilsitzdichtfläche für einen Kontakt mit einem Tellerventil bereitgestellt, der bzw. die mit Vertiefungen versehen ist. Das Prinzip ist hier im Wesentlichen das gleiche wie bei der Dichtfläche des Tellerventils, nur dass es im Bereich des Ventilsitzrings verwendet wird, der dadurch, dass er besser gekühlt ist, auch eine bessere Bildung eines Flüssigkeitsfilms oder eines Fluidfilms verspricht.

Gemäße einem Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die Vertiefungen (6) an der Dichtfläche bzw. dem Ventilsitz in einer zweidimensionalen Anordnung angeordnet. Dies gilt ebenfalls für eine entzerrte Abwicklung der Dichtfläche bzw. des Ventilsitzes in eine Ebene eines Euklidischen Raums. Hier wird also nicht nur eine lineare Anordnung von Vertiefungen beansprucht, sondern insbesondere eine, bei der die Vertiefungen (bzw. die Flächenschwerpunkte der Vertiefungen) sich nicht auf eine Linie abbilden lassen. Hier ist eine Anordnung gemeint die beispielsweise im Falle einer regelmäßigen Parkettierung sich zumindest auf ein n x 2 -Raster abbilden lässt. Diese Ausführungsform betrifft eine Verteilung von Vertiefungen (deren Flächenschwerpunkte) eineindeutig nur auf eine Fläche abgebildet werden können.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Tellerventil oder ein Ventilsitzring bereitgestellt, dessen Vertiefungen flach ausgeführt sind, wobei ein Verhältnis zwischen einem Quadrat einer größten Tiefe der Vertiefung und einer Fläche der Vertiefung zwischen 10 und 10000000, bevorzugt zwischen 100 und 100000, und weiter zwischen 1000 und 10000 beträgt. Hier wurde eine möglichst allgemeine Definition für „flach“ gesucht, die unabhängig von den tatsächlichen Abmessungen und einem Maßsystem angewendet werden kann. Hierbei wird der Flächeninhalt, den eine Vertiefung an der Dicht- bzw. Ventilsitzfläche einnimmt, mit dem Quadrat der größten Tiefe zu der Oberfläche vergleichen.

Bei einer weiteren Ausführungsform des Tellerventils bzw. des Ventilsitzrings weisen die Vertiefungen eine Tiefe zwischen 0,5 μm und 12μm, bevorzugt zwischen l,0μm und 8μm und weiter bevorzugt zwischen l,5μm und 5μm auf.

Gemäß einer zusätzlichen Ausführungsform des Tellerventils bzw. des Ventilsitzrings können die Vertiefungen einen Flächenanteil zwischen 1 und 40% bevorzugt zwischen 2 und 30% und weiter bevorzugt zwischen 5 und 20% der Dichtfläche bzw. der Ventilsitzfläche aufweisen.

Bei einer weiteren beispielhaften Ausführungsform des Tellerventils bzw. des Ventilsitzrings sind die Vertiefungen regelmäßig auf der Dichtfläche bzw. dem Ventilsitz angeordnet. Hier bilden die Vertiefungen ein regelmäßiges Raster um eine gleichmäßige Flächenpressung und eine gleichmäßige Ausbildung eines Films einer Flüssigkeit oder einer Ablagerung bilden zu können. Ein gleichmäßiges Raster wird hier ebenfalls als gleichmäßig betrachtet, sofern es aus lediglich einer Verzerrung eines gleichmäßigen Rasters zur Anpassung an die Kegelmantelform hervorgegangen ist. Hier sollten auch Raster als gleichmäßig betrachtet werden, die keine Drehsymmetrie aufweisen, da beispielsweise ein hexagonales Raster an der Nahtstelle des Kegelmantels spiralförmig versetzt sein kann, sodass auch bei einem regelmäßigen Raster keine Drehsymmetrie möglich ist. Das Raster kann als Raster auf einer Kreiszylinderfläche spiralförmig ausgelegt werden und dann gemäß einer Kegelstumpfmantelfläche verzerrt werden.

Bei einer anderen Ausführungsform des Tellerventils bzw. des Ventilsitzrings sind die Vertiefungen unregelmäßig auf der Dichtfläche oder dem Ventilsitz angeordnet. Hier kann eine zufällige Anordnung der Vertiefungen durch eine zufällige Anordnung jeder Vertiefung als solche erreicht werden. Es ist ebenfalls möglich, Rasterpunkte eines regelmäßigen Rasters mit zufälligen Abweichungen in Bezug auf Richtung und Entfernung von einem exakten Rasterpunkt zu versehen.

Bei einer weiteren Ausführungsform des Tellerventils bzw. des Ventilsitzrings weist eine Anordnung der Vertiefungen keine Drehsymmetrie auf. Hier kann ein spiralförmiges regelmäßiges Raster auf einem Zylinder gewählt sein, bei dem das Raster nur um eine Zelle verschoben ist, das Raster quasi schief auf den Zylinder aufgewickelt ist und dadurch eine reine Drehsymmetrie ohne eine Versetzung in Axialrichtung nicht möglich ist.

Bei einer zusätzlichen Ausführungsform des Tellerventils bzw. des Ventilsitzrings beträgt ein Flächenverhältnis zwischen der Fläche der Vertiefungen zu der Fläche der Dichtfläche in Umfangsrichtung zwischen 0,5 bis 20%, bevorzugt zwischen 1 und 10% und weiter bevorzugt zwischen 2 und 5%. Dieses Verhältnis bezeichnet die Fläche der Summe aller Vertiefungen in der Dichtfläche bzw. der Ventilsitzfläche zu jeweils der Einhüllenden der Dichtfläche bzw. der Ventilsitzfläche. Die Einhüllende bezeichnet hier die gesamte Kegelstumpfmantelfläche einschließlich der Vertiefungen (bzw. in einem Zustand ohne die Vertiefungen).

Bei einer anderen Ausführungsform des Tellerventils bzw. des Ventilsitzrings sind die Vertiefungen als kreisförmige Vertiefungen und/oder Elliptische und/oder linienförmige Vertiefungen und/oder bogenförmige Vertiefungen ausgeführt. Es ist vorgesehen, eine Kombination von kreisförmigen und bogenförmigen Vertiefungen einzusetzen. Es ist ebenfalls vorgesehen kurvenförmige Vertiefungen einzusetzen. Es ist insbesondere vorgesehen Kanäle oder Vertiefungen einzusetzen, die sich in Umfangsrichtung erstrecken. Eine Winkelerstreckung von sich in Umfangsrichtung erstreckenden Vertiefungen ist bevorzugt geringer ausgeführt als eine Winkel-Drehung, die pro Ventilhub von einer Ventildrehvorrichtung ausgeführt wird. Es ist ebenfalls vorgesehen Vertiefungen einzusetzen, die sich in einer Kurve bzw. einer Sinuskurve zumindest teilweise in Umfangsrichtung erstrecken.

Eine weitere beispielhafte Ausführungsform des Tellerventils ist mit einer umlaufenden Vertiefung versehen, die angrenzend zu der Dichtfläche angeordnet ist. Diese umlaufende Vertiefung ist auf der Brennraumseite des Tellerventils vorgesehen.

Eine weitere Ausführungsform des Ventilsitzrings ist mit einer umlaufenden Vertiefung versehen, die angrenzend zu der Ventilsitzfläche angeordnet ist. Diese umlaufende Vertiefung ist auf der Brennraumseite des Ventilsitzfläche vorgesehen.

Die Vertiefung dieser Ausführungsformen wird nicht gegen den Brennraum abgedichtet und soll die Aufgabe des Feuerstegs an einem Kolben eines Verbrennungsmotors erfüllen, die dazu dienen soll, die Verbrennungsgase vor einem Auftreffen auf den Dichtspalt abzukühlen, um eine chemische Korrosion zu verringern.

Bei einer anderen Ausführungsform des Tellerventils bzw. des Ventilsitzrings sind die Vertiefungen durch Kugelstrahlen hergestellt. Dazu werden Kugeln mit hoher Geschwindigkeit auf die Dichtfläche bzw. die Ventilsitzfläche geworfen oder geschossen, um einerseits Abdrücke zu hinterlassen und andererseits eine lokale Kaltverfestigung des Materials zu erreichen. Hier besteht noch ein Bedarf für eine Möglichkeit, die Kugeln mit hoher Geschwindigkeit bei gleichzeitig geringer Abdeckung bzw. Bedeckung der Fläche zu strahlen, sodass keine oder nur weniger Treffer sich berühren oder übereinander liegen. Dies kann über Kurzzeit-Kugelstrahlen oder über Präzisions-Kugelstrahlen mit geringem Kugelanteil verwirklicht werden.

Bei einer beispielhaften weiteren Ausführungsform des Tellerventils bzw. des Ventilsitzrings sind die Vertiefungen gemäß einer aperiodischen Parkettierung angeordnet. Hier sind die Vertiefungen jeweils in der Mitte einer Sorte Kacheln angeordnet, die einer Penrose- Parkettierung entspricht. Durch eine aperiodische Parkettierung kann eine nicht drehsymmetrische Verteilung der Vertiefungen erreicht werden. Es ist ebenfalls möglich, eine Parkettierung mit Hilfe von polygonalen Vertiefungen zu verwirklichen, um eine im Wesentlichen gleichbleibende Stegbreite zu verwirklichen. Derartige Parkettierungen können durch Einprägen oder Rändeln mit entsprechenden Walzen in die Oberfläche der Dichtfläche oder der Ventilsitzfläche eingebracht werden.

Bei einer zusätzlichen Ausführungsform des Tellerventils bzw. des Ventilsitzrings sind die Vertiefungen des Tellerventils bzw. des Ventilsitzrings nicht mit einer Beschichtung versehen. Bei einer anderen zusätzlichen Ausführungsform des Tellerventils ist die Dichtfläche nicht mit einer Beschichtung versehen. Bei einer zusätzlichen Ausführungsform des Ventilsitzrings ist die Ventilsitzfläche nicht mit einer Beschichtung versehen.

Hier sind die Vertiefungen jeweils in der Mitte einer Sorte Kacheln angeordnet, die einer Penrose-Parkettierung entspricht. Durch eine aperiodische Parkettierung kann eine nicht drehsymmetrische Verteilung der Vertiefungen erreicht werden. Es ist ebenfalls möglich, eine Parkettierung mit Hilfe von polygonalen Vertiefungen zu verwirklichen, um eine im Wesentlichen gleichbleibende Stegbreite zu verwirklichen. Derartige Parkettierungen können durch Einprägen oder Rändeln mit entsprechenden Walzen in die Oberfläche der Dichtfläche oder der Ventilsitzfläche eingebracht werden.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Zylinderkopf mit einem Ventilsitzring, wie er vorstehend beschrieben wurde, bereitgestellt, wobei der Zylinderkopf weiter mit Ventildrehvorrichtungen versehen ist. Erst in der Kombination mit einer Ventildrehvorrichtung können die Vertiefungen ihre Funktion richtig ausüben, da sonst die Gefahr besteht, dass sich das Profil der Ventilsitzfläche in eine Dichtfläche eines Ventils überträgt und dort ein komplementäres Profil bildet. In einem solchen Fall würde das Ventil, so es sich auch nur ein wenig verdreht, zu einem Luftspalt führen, der zu einem Ausbrennen der Dichtfläche oder der Ventilsitzfläche führen könnte.

Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Zylinderkopf mit einem der vorstehend beschriebenen Ventilkörper bereitgestellt, wobei der Zylinderkopf weiter mit Ventildrehvorrichtungen versehen ist. Hier ist eine Ausführung denkbar, bei der ein Teil der Ventilsitzfläche und ein Teil der Dichtfläche mit Vertiefungen versehen ist, wobei diese zwei Arten von Vertiefungen räumlich (axial oder radial) voneinander getrennt angeordnet sein sollten. Es ist ebenfalls möglich, unterschiedlich große Vertiefungen in der Ventilsitzfläche und der Dichtfläche anzuordnen, wobei eine Sorte der Vertiefungen kleiner ausgeführt sein muss als eine Stegbreite zwischen den Vertiefungen der anderen Komponente. Der Zylinderkopf kann sowohl mit einem der vorstehend beschriebenen Ventilkörper als auch mit einem der vorstehenden Ventilsitzringe versehen sein, wobei hier bevorzugt ist, dass die Vertiefungen in Radialrichtung so gestaffelt sind, dass es nicht durch überlappende Vertiefungen zu Undichtigkeiten kommen kann. Es ist insbesondere vorgesehen, nur einen radial äußeren Teil des Ventilsitzes mit Vertiefungen zu versehen und einen solchen Ventilsitzring mit einem Ventilkörper zu kombinieren, der nur in einem radial inneren Teil Vertiefungen aufweist.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Motor mit einem der vorstehend beschriebenen Zylinderköpfe bereitgestellt.

Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand von schematischen und nicht maßstabgerechten Abbildungen dargestellt und verdeutlicht, die das Verständnis der vorliegenden Erfindung erleichtern.

Figur 1 zeigt ein herkömmliches Tellerventil eines Verbrennungsmotors.

Figur 2 zeigt ein herkömmliches Tellerventil eines Verbrennungsmotors in Kontakt mit einem Ventilsitzring.

Figur 3 zeigt einen herkömmliche Ventilsitzring eines Verbrennungsmotors.

Die Figuren 4A bis 4E zeigen eine mögliche Abbildung einer Rechteckfläche auf einer Kegelmantelfläche.

Die Figuren 5A bis 5D veranschaulichen eine weitere mögliche Abbildung einer Rechteckfläche mit in einem Punkraster angeordneten Vertiefungen auf einer Kegelmantelfläche.

Die Figuren 6A bis 6C zeigen eine Abbildung eines regelmäßigen Punkrasters auf Kegelmantelfläche, wobei das Raster keine Drehsymmetrie aufweist.

Die Figuren 7A bis 7H zeigen verschiedene Raster und Anordnungen von Vertiefungen, die auf einer Kegelmantelfläche einer Dichtfläche eines Tellerventils bzw. eines Tellerventilkörpers 2 oder auf die Ventilsitzfläche eines Ventilsitzrings abgebildet werden können.

Die Figuren 8A bis 8C stellen Ausschnittvergrößerungen eines Dichtspalts zwischen verschiedenen Ausführungen von Tellerventilen 2 und Ventilsitzringen dar. Die Figur 9 stellt eine Ausschnittvergrößerungen eines Verbrennungsmotors mit einem Zylinderkopf dar.

Sowohl in der Beschreibung als auch in der Zeichnung werden gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, um auf gleiche oder ähnliche Komponenten oder Elemente Bezug zu nehmen.

Figur 1 zeigt ein Tellerventil 2 eines Verbrennungsmotors. Das Tellerventil 2 umfasst dabei einen Ventilkopf 30, der brennraumseitig einen Ventilboden 56 aufweist und sich auf der Seite eines Ansaug-/ Abgaskanals verjüngt und in einen Ventilschaft 34 übergeht. Zwischen Ventilschaft 34 und Ventilboden 56 weist das Ventil am Ventilkopf 30 eine Dichtfläche 32 des Ventils auf. Der Ventilschaft 34 läuft in ein Ventilschaftende 36 aus, an dem eine Eingriffsstruktur 40 für eine Ventilfeder oder ein Ventilfederdeckel oder eine Ventildrehvorrichtung vorgesehen ist, die üblicherweise mittels Kegelstücken an der Eingriffsstruktur 40 befestigt werden. In diesem Maßstabe ist der wichtigste Aspekt der vorliegenden Erfindung nicht zu erkennen, nämlich eine Strukturierung der Dichtfläche 32 des Ventils 2. Die Figur 1 wird daher als zum Stand der Technik gehörend bezeichnet, da das erfindungswesentliche Merkmal hier nicht zu erkennen ist.

Figur 2 zeigt ein herkömmliches Tellerventil 2 eines Verbrennungsmotors in Kontakt mit einem Ventilsitzring. Hier ist das Tellerventil 2 von Figur 1 in einem Zylinderkopf 60 eingebaut dargestellt, wobei das Ventil 2 durch Ventilführungen 48 in dem Zylinderkopf 60 geführt wird und eine gegen eine Federkraft einer nicht dargestellten Ventilfeder gerichtete Bewegung nach unten ausführen kann um einen Brennraum mit einem Ansaug-/ Abgaskanals 62 verjüngt in dem Zylinderkopf 60 zu verbinden. Die Figur 2 zeigt das Ventil in einer geschlossenen Stellung, wobei die Dichtfläche 32 des Ventils 2 auf dem Ventilsitz bzw. einer Ventilsitzfläche eines Ventilsitzrings 10 aufliegt, Der Ventilsitzring 10 ist in den Zylinderkopf eingelassen bzw. eingepresst. Die Figur 2 wird ebenfalls als zum Stand der Technik gehörend bezeichnet, da das erfindungswesentliche Merkmal hier ebenfalls nicht zu erkennen ist.

Figur 3 zeigt einen herkömmliche Ventilsitzring 10 eines Verbrennungsmotors. Die Figur 2 dient dazu die Lage des Ventilsitz bzw. der Dichtfläche des Ventilsitzes bzw. die Ventilsitzfläche 8 des Ventilsitzrings 10 von Figur 2 zu zeigen. Auch die Figur 3 ist als Stand der Technik gekennzeichnet, da auch hier aufgrund des Maßstabs kein erfindungswesentliches Merkmal dargestellt ist. Die Figuren 4 A bis 4E zeigen eine mögliche Abbildung einer Rechteckfläche auf eine Kegelstumpfmantelfläche. Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dichtfläche eines Ventils oder eines Tellerventils 2 bzw. eines Ventilsitzrings. Es erscheint hier ausgesprochen unhandlich die Anordnung von Punkten oder Vertiefungen auf einer Kegel- bzw. Kegelstumpfmantelfläche zu beschreiben, wohingegen Anordnungen insbesondere gleichmäßige Raster und Gitter in einer Ebene klar definiert sind.

Es wird daher von einem Rechteck ausgegangen wie es in der Figur 4 A dargestellt ist. Hier können alle möglichen Anordnungen im Euklidischen Raum ohne Probleme abgebildet werden, wobei die Abmessungen von Rastern oder Gittern so gewählt werden können, dass das Rechteck durch ein gerades Vielfaches einer Elementarzelle aufgefullt werden kann.

In einem nächsten Schritt kann das Rechteck der Figur 4A durch eine einfache trapezoide Verzerrung in eine Trapezform gebracht werden, wobei die beiden parallel zueinander liegenden Seiten eine Länge aufweisen, die den jeweiligen Umfängen der Kegelmantelfläche entsprechen. Zudem sollte die Höhe des Trapezes der entsprechenden Abmessung der Kegelmantelfläche entsprechen. Durch diese erste Verzerrung wird eine verzerrte Anordnung erzeugt, die jedoch die meisten relevanten Parameter der Anordnung aufrechterhält.

Figur 4C stellt eine weitere Abbildung des Trapezes auf ein Ringsegment dar, wobei die Längen der äußeren Begrenzungen aufrechterhalten werden können. Das flache Ringsegment entspricht dabei einer Abwicklung eines Kegelmantels in einer Ebene.

Figur 4D zeigt eine Aufsicht auf das Ringsegment von Figur 4C, das zu einem Kegel gebogen ist. Hier erscheint durch die Perspektive von oben die Breite des Rings verringert, was jedoch bei dieser Ansicht dadurch bedingt ist, dass hier eine dreidimensionale Kegelmantelfläche von oben betrachtet wird

Figur 4E zeigt die Kegelmantelfläche von Figur 4C, bei der die beiden stumpfen Enden miteinander verbunden wurden. Bei der Transformation des Rechtecks der Figur 4A bis zum Kegelmantel der Figur 4E wird eine (gesamt-) Flächengleichheit sichergestellt.

Figuren 5 A bis 5D zeigen weitere Möglichkeiten ein Raster bzw. eine Anordnung von einem Rechteck in einer Ebene auf einen Kegelmantel abzubilden.

Figur 5A zeigt ein Gitter das Elementarzellen bildet. In jeder der Elementarzellen ist eine kreisrunde Vertiefung angeordnet. Das dargestellte Gitter ist symmetrisch und gleichmäßig und weist eine Drehsymmetrie von 90° auf.

In Figur 5B sind nur die Vertiefungen der Figur 5A auf einem Rechteck dargestellt.

In Figur 5C wurde das Rechteck zu einem Zylinder umgebogen, wobei die Anordnung der Vertiefungen nicht geändert wurde. In der Figur 5C sind die Enden des Rings noch nicht miteinander verbunden.

Figur 5D zeigt schließlich eine Darstellung des zu einem Kegelmantel verzerrten Zylindermantels der Figur 5D, die jeweils der Dichtfläche eines Tellerventils 2 oder eines Ventilsitzrings entsprechen kann.

Die Figuren 6A bis 6C entsprechen im Wesentlichen den Figuren 5A bis 5C, wobei hier ein Beispiel dargelegt ist, wie ein Gitter mit einem hohen Symmetriegrad mit translatorischer und Drehsymmetrie auf eine Fläche abgebildet werden kann, die keinerlei Symmetrie aufweist.

Die Figur 6A geht von einer Parallellogrammfläche aus, die die gleiche Fläche und eine gleiche Höhe aufweist wie die Rechteckfläche von Figur 5A. Die Figur 6A geht auch von dem gleichen Raster bzw. der gleichen Anordnung der Vertiefungen 6 wie Figur 5A aus. Im Gegensatz zu der Figur liegt das Parallelogramm der Figur 6A jedoch nicht parallel zu allen Kanten des Parallelogramms. In der Figur 6A sind alle Vertiefungen 6, die zu nahe an einem Rand des Parallelogramms liegen nur gepunktet dargestellt.

In der Figur 6B wurde die Figur 6A so gedreht, dass die Längsseiten des Parallelogramms waagerecht liegen, wodurch das Raster nun schräg verläuft.

In der Figur 6C wurde wie in der Figur 6C das Parallelogramm zu einem Ring gebogen, wodurch das Raster der Vertiefungen 6 ein Gewinde bildet, das sich um den Zylinder erstreckt.

Sobald dieser Ring entsprechend der Figur 5D zu einem Kegelstumpfmantel verzerrt wird, verliert sich jede Art von Symmetrie der Anordnung. Diese Anordnung der Vertiefungen 6 auf dem Kegelstumpfmantel weist beispielsweise keinerlei Spiegel-, Translations- oder Drehsymmetrie auf, obwohl das grundlegende Gitter hochsymmetrisch war. Mit einer solchen Anordnung kann zusammen mit einer Ventildrehvorrichtung verhindert werden, dass ein Raster von Vertiefungen 6 zu einem Verschleiß auf einer gegenüberliegenden Dichtfläche führt, die insgesamt zu einer Undichtigkeit führen kann.

Die Figuren 7A bis 7H zeigen verschiedene Raster und Anordnungen von Vertiefungen 6 die auf einer Kegelmantelfläche einer Dichtfläche eines Tellerventils 2 oder auf die Ventilsitzfläche eines Ventilsitzrings gemäß den Figuren 4A bis 6C abgebildet werden können.

Als erste Ausführungsform wird eine unregelmäßige oder zufällige Anordnung von runden oder ovalen Vertiefungen 6 vorgeschlagen. Ausgehend von wenigen Vertiefungen 6 können die Vertiefungen 6 zufällig beispielsweise durch Kugelstrahlen erzeugt werden, wobei nur eine geringe Kugelstrahldichte verwendet werden soll, um eine Bildung von Kanälen in Axialrichtung zu verhindern. Eine solche Anordnung kann auch durch andere mehr oder minder zufällige Parameter berechnet werden und dann sofern das zufällige Muster eine ausreichend gleichmäßige Verteilung der Vertiefungen 6 zeigt mittels prägender oder spanender Bearbeitung auf eine Dichtfläche eines Tellerventils oder eine Ventilsitzfläche übertragen werden.

Figur 7B zeigt ein Raster von Vertiefungen 6, wobei längliche Vertiefungen 6 regelmäßig auf einer quadratischen Fläche angeordnet sind. Zusätzlich ist an einer Unterseite des Rechtecks eine umlaufende Vertiefung 24 angeordnet, die sich später ringförmig um die Dichtfläche bzw. die Ventilsitzfläche erstreckt.

Figur 7C stellt eine Anordnung von mehreren umlaufenden parallelen Vertiefungen 24 dar, wobei insbesondere keine Stege in Radialrichtung oder Axialrichtung verlaufen, wodurch dieses Raster besonders gut ohne eine Ventildrehvorrichtung eingesetzt werden kann. Im Gegensatz zu den üblichen Bearbeitungsspuren, die an einer Oberfläche zu finden sind wie beispielsweise Spuren von einem Drehstahl verlaufen die Vertiefungen 6 hier nicht spiralförmig sondern parallel in einer Ebene um eine spiralförmiges Ausbrennen der Ventildichtflächen zu vermeiden.

Figur 7D zeigt eine Anordnung von mehreren gebogenen Kanälen. Es ist ebenfalls vorgesehen hier eine zufälligere Anordnung der Kanäle zu wählen. Es kann ebenfalls vorgesehen sein die Kanäle flache anzuordnen um möglichen Gasströmungen in Radial / Axialrichtung möglichst zu vermeiden.

Figur 7E zeigt eine Anordnung von mehreren gebogenen Kanälen und runden Vertiefungen 6 in einer regelmäßigen Anordnung. Hier kann durch eine entsprechende Auslegung eine gleichmäßige Verteilung der Hohlräume auf der Dichtfläche erreicht werden.

Figur 7F zeigt eine regelmäßige bienenwabenförmige Anordnung von sechseckigen Vertiefungen 6. Die Ausführung weist den Vorteil auf, dass hier eine im Wesentlichen gleichmäßige Stegbreite zwischen den Vertiefungen 6 erreicht werden kann. Es ist ebenfalls möglich diese Anordnung gemäß den Figuren 6A bis 6C spiralförmig auszuführen und so eine sehr gleichmäßige Oberflächenstruktur mit einer Oberfläche zu kombinieren, die keinerlei Drehsymmetrie aufweist. In dieser Ausführungsforme kann durch die relativ geringe Stegbreite sichergestellt werden, dass die Struktur über die gesamte Oberfläche eine hydrophile (bzw. fluidophile) Eigenschaft erzeugt, da sich eine Flüssigkeit im Wesentlichen überall auf der Oberfläche in den Vertiefungen 6 niederschlagen kann.

Figur 7G zeigt eine Ausführung, bei der eine Verteilung der hier runden Vertiefungen 6 auf einer sogenannten Penrose-Parkettierung basiert. Eine Penrose-Parkettierung ist aperiodisch und kann auch ohne Drehsymmetrie ausgeführt werden. Dabei werden zwei verschiedene Arten von rautenförmigen Kacheln so auf einer ebenen Fläche ausgelegt, dass die sich ergebende Parkettierung eine pentagonale Parkettierung bildet. Ein Mittelpunkt einer Sorte von Kacheln kann dann als Position beispielsweise für eine runde oder ovale Vertiefung 6 gewählt werden. So kann eine gleichmäßige, aber unregelmäßige Verteilung von Vertiefungen 6 erreicht werden, womit einerseits eine Drehsymmetrie vermieden werden kann und andererseits verhindert werden kann, dass die Verteilung große Lücken oder zu geringe Abstände zwischen den Vertiefungen 6 aufweist.

Die Figuren 8A bis 8C stellen Ausschnittvergrößerungen eines Dichtspalts zwischen verschiedenen Ausführungen von Tellerventilen 2 und Ventilsitzringen 10 dar.

Figur 8 A zeigt einen Ventilsitzring 10, der mit einem geschlossenen Ventil 2 in Kontakt steht, wobei an dem Ventilsitz 8 bzw. der Ventilsitzfläche eine umlaufende Vertiefung 24 angeordnet ist, die auch bei einem geschlossenen Ventil mit dem Brennraum über einen Spalt in Kontakt steht. Die umlaufende Vertiefung 24 dient dazu einen geringen Teil der Brenngase aufzunehmen und dabei einen Teil des Brennstoffs und einem Teil von Schmiermittel, die sich in den Brenngasen befinden zu kondensieren. Dadurch wird ein geringes Flüssigkeitsreservoir aufgebaut, aus dem bei einem Öffnungsvorgang die Kontaktflächen zwischen der Dichtfläche und der Ventilsitzfläche bzw. dem Ventilsitz 8 benetzt werden können und die bei einem nächsten Schließvorgang den Aufprall der Dichtfläche des Ventils auf dem Ventilsitz 8 zumindest soweit dämpfen können, dass ein Verschleiß erheblich verringert wird. Neben der umlaufenden Vertiefung 24 weist der Ventilsitzring 10 weiter eine Vertiefung 6 auf, die bei geschlossenem Ventil nicht mit dem Brennraum in Verbindung steht. Die Vertiefung 6 kann ebenfalls flüssige Komponenten der Brenngase aufnehmen und festhalten, um während einer Öffnung des Ventils einen Fluidfilm auf dem Ventilsitz 8 zu bilden.

Figur 8B zeigt eine der Figur 8A entsprechende Ausführung, wobei hier die Dichtfläche des Ventils mit den Vertiefungen 6 und der umlaufenden Vertiefung 24 versehen ist.

Figur 8C zeigt eine Kombination des Ventilsitzrings 10 der Figur 8 A mit dem Ventil 2 der Figur 8B. Hier weisen beide Komponenten sowohl die Vertiefungen 6 als auch die umlaufende Vertiefung 24 auf.

Die Figur 9 zeigt eine Ausschnittvergrößerungen eines Verbrennungsmotors 64 mit einem Zylinderkopf 60 dar. In dem Zylinderkopf 60 ist ein Tellerventil 2 bzw. Tellerventilkörper angeordnet, der in dem Zylinderkopf durch eine Zylinderkopfführung 48 in Axialrichtung gelagert ist. Die Keilstücke und der Federteller sowie die Ventilfeder sind hier nicht dargestellt, die zwischen einem Ventilschaftende und der Ventildrehvorrichtung 72 angeordnet sind, ebenso sind die Nockenwelle und die eventuell vorhandenen Ventilstößel oder Kipphebel nicht dargestellt. Das Ventil 2 verschließt einen Brennraum 66 gegenüber einem Ansaug- / Abgaskanal 62 wobei eine Dichtfläche des Ventils gegen den Ventilsitz des Ventilsitzrings 10 drückt. Der Zylinderkopf 60 ist über eine Zylinderkopfdichtung gegen eine Zylinderlaufbuchse 68 abgedichtet die eine einem Motorblock 70 eingesetzt ist. Die anderen Komponenten des Verbrennungsmotors wie einen Einspritzlanglage, ein Vergaser, einen Kolben mit Kurbelwelle einer Ölpumpe einer Nockenwelle und dergleichen sind dem Fachmann bekannt und wurden bei der Ansicht des Motors weggelassen. In der dargestellten Ausführungsform ist entweder die Dichtfläche des Ventilkörpers 2 und/oder der Ventilsitz des Ventilsitzrings 10 mit den Vertiefungen versehen.

Bezugszeichenliste

2 Tellerventil bzw. Teilerventikörper)

4 Dichtfläche, die mit Vertiefungen versehen ist.

6 Vertiefungen

8 Ventilsitz (-fläche)

10 Ventilsitzring

24 umlaufende Vertiefung

30 Ventilkopf

32 Dichtfläche des Ventils (Ventilsitz)

34 Ventilschaft

36 Ventilschaftende

40 Eingriffsstruktur für Ventilfeder

56 Ventilboden

60 Zylinderkopf

62 Ansaug- / Abgaskanal

64 Verbrennungsmotor

66 Brennraum

68 Zylinderlaufbuchse

70 Verbrennungsmotor

72 Ventildrehvorrichtung