DE1949256B1 - Valve arrangement of a piston internal combustion engine - Google Patents
Valve arrangement of a piston internal combustion engineInfo
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Description
ι 2ι 2
Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung einer material zu verbinden, ohne daß die Gefahr einer Kolbenbrennkraftmaschine mit einem Tellerventil und Rißbildung oder eines Abbröckeins der oberen SchichtThe invention relates to a valve assembly to connect a material without the risk of a Piston internal combustion engine with a poppet valve and cracking or breaking off of the upper layer
einem Ventilsitzring, die miteinander zusammen- der Panzerung besteht.a valve seat ring, which is made of armor together with one another.
wirkende Sitzflächen aufweisen, von denen mindestens Vorzugsweise hat'das Material der äußeren Schichthave effective seat surfaces, of which at least preferably has the material of the outer layer
eine mit einer Panzerung aus einer Schicht eines 5 der Panzerung eine korrosionsbeständige Oberfläche,one with an armor from a layer of a 5 of the armor a corrosion-resistant surface,
metallischen Materials versehen ist, dessen Hitze- welche sich gegenüber aggressiven Stoffen, denen esmetallic material is provided, the heat of which is resistant to aggressive substances, which it
beständigkeit und Härte wesentlich größer ist als die im Betrieb ausgesetzt ist, inert verhält,Resistance and hardness is significantly greater than that which is exposed in operation, behaves inertly,
des metallischen Grundmaterials der Sitzfläche, und Durch diese Eigenschaft des Materials wird auchthe metallic base material of the seat, and this property of the material is also
eine weitere Schicht aus einem anderen harten metal- die Entstehung von Ablagerungen an der Sitzflächeanother layer of a different hard metal- the formation of deposits on the seat surface
lischen Material vorhanden ist, dessen Härte kleiner io weitgehend vermieden. Wenn nämlich AblagerungenLischen material is available, the hardness of which is less than io largely avoided. If namely deposits
als die der Panzerung ist. am Ventilsitz entstehen, so besteht die Gefahr, daßthan that of the armor. arise on the valve seat, there is a risk that
Es ist z. B. aus der Zeitschrift »ATZ«, 1936, S. 310, mit der Zeit unter dem Einfluß der zwischen dem
oder der USA.-Patentschrift 2 865 359 bekannt, Sitz- Ventil und dem Ventilsitz entstehenden Stöße ein
flächen und Schaftenden von Ventilen und Ventilsitzen Teil der gebildeten Schicht abbröckelt, worauf heiße
von Kolbenbrennkraftmaschinen mit einer Panzerung 15 Gase aus dem Brennraum des Zylinders durchblasen
durch eine Schicht einer Hartauftragslegierung, wie können. Der Einfluß dieser Gase, der mit der Wirkung
z. B. des unter der Markenbezeichnung »Stellit« be- eines Schweißbrenners vergleichbar ist, führt darauf
kannten Materials, zu versehen, wodurch ihre Lebens- zu einer raschen Vernichtung der Ventilteile. Durch
dauer wesentlich verlängert wird. Die bekannten Aus- die erwähnte Wahl des Materials wird diese Erführungen
der Panzerungen befriedigen jedoch nicht 20 scheinung weitgehend vermieden,
bei Dieselmotoren mit Schwerölbetrieb, bei welchen Die Materialien für die äußere Schicht der Panunter
anderem eine Hoch-Temperatur-Korrosion durch zerung, welche die erwähnten Eigenschaften aufweisen,
einen kombinierten Vanadium-Natrium-Schwefelan- sind die unter der· Bezeichnung »Superlegierungen«
griff an den Sitzflächen in Erscheinung tritt. Es wurde bekannten hochlegierten Metalle auf Nichteisenbasis,
dabei versucht, diese Schwierigkeit durch eine Ver- 25 die eine besonders hohe Härte von über 700 kp/mm2 HV
wendung widerstandsfähigerer und härterer Panze- aufweisen und auf Nickelbasis, Kobaltbasis oder auf
rangen zu überwinden. Dabei entstanden jedoch Wolframbasis ausgebildet sein können.
Schwierigkeiten mit der Haftung der harten Legierungen auf den verhältnismäßig weichen austeni- Beispiel 1
tischen oder ferritischen Grundmaterialien der Teile 30
der Ventilanordnung. Ein Auslaßventil aus hochlegiertem Chromnickel-It is Z. B. from the magazine "ATZ", 1936, p. 310, with the time under the influence of between the or the USA.-Patent 2 865 359 known, seat valve and the valve seat resulting impacts a surface and stem ends of valves and Valve seats part of the layer formed crumbles, whereupon hot piston internal combustion engines with armor 15 blow gases from the combustion chamber of the cylinder through a layer of a hardfacing alloy, as can. The influence of these gases, with the effect z. B. that under the brand name "Stellit" is comparable to a welding torch, leads to known material to be provided, whereby their life to a rapid destruction of the valve parts. Is significantly extended by duration. The well-known selection of the material mentioned will satisfy this armouring implementation, but it does not appear to a large extent avoided in diesel engines with heavy oil operation, in which the materials for the outer layer of the pan include high-temperature corrosion due to the erosion mentioned Have properties, a combination of vanadium, sodium and sulfur, which appears on the seat surfaces under the designation »superalloys«. It has been known high alloy metals to non-ferrous base, while trying this difficulty mm having a particularly high hardness of over 700 kp / by an esterification 25 2 HV application more resistant and have a harder Panze- and overcome nickel-based, cobalt-based or struggled. In the process, however, a tungsten base could be formed. Difficulties with the adhesion of the hard alloys to the relatively soft austenitic or ferritic base materials of the parts 30
the valve assembly. An outlet valve made of high-alloy chromium-nickel
Andererseits ist aus der deutschen Patentschrift stahl für einen Dieselmotor wurde bei einem äußerenOn the other hand, from the German patent specification stahl for a diesel engine was used for an external one
748 506 eine Ausbildung von Sitzflächen von Ventil- Durchmesser des Ventiltellers von 130 mm mit einer748 506 a formation of seat surfaces of valve diameter of the valve plate of 130 mm with a
tellern von Brennkraftmaschinen bekannt, bei welcher 4 mm dicken Schicht einer Hartauftragslegierung ver-plates of internal combustion engines known, in which 4 mm thick layer of a hardfacing alloy
der Ventilteller mit einem stellitartigen Hartmetall 35 sehen, welche unter der Bezeichnung »Haynes-Stellite 6«the valve disc with a stellite-like hard metal 35 can be seen, which is called "Haynes-Stellite 6"
versehen wird, worauf auf dieser Grundschicht eine von der Firma Union Carbide Corporation geliefertis provided, whereupon one supplied by Union Carbide Corporation on top of this basecoat
dünne Schicht von einigen Mikron Dicke aus Platin wurde.thin layer of platinum a few microns thick.
oder einer Platinlegierung, z. B. durch Aufdampfen Darauf wurde der Ventilteller nach einer Beim Vakuum, aufgetragen wird. Bei dieser Ausführung arbeitung des Stellits sandgestrahlt und auf 700 bis werden zwar zwei Schichten verwendet, die zweite 40 750° C erhitzt, bei welcher Temperatur ein Panzerungs-Schicht, die Platinschicht, ist jedoch so dünn, daß sie belag einer Superlegierung auf Nickelbasis im Flammnicht zur Festigkeit der Dichtungsfläche des Ventiles spritzverfahren angebracht wurde. Die Dicke dieses ■beitragen kann, und sie besteht außerdem aus einem Belages betrug nach der Endbearbeitung der Ventil-Material, Platin oder einer Platinlegierung, das weicher sitzfläche nach dem Diamant-Schleifverfahren 1,1 bis ist als das stellitartige Material der darunter befind- 45 1,2 mm.or a platinum alloy, e.g. B. by vapor deposition on it, the valve disk was after a while Vacuum, is applied. In this version, the stellite is sandblasted and cut to 700 to Although two layers are used, the second is heated to 40 750 ° C, at which temperature an armor layer, the platinum layer, however, is so thin that it does not cover a nickel-based superalloy in the flame injection molding process was applied to ensure the strength of the sealing surface of the valve. The thickness of this ■ can contribute, and it also consists of a lining fraud after the final processing of the valve material, Platinum or a platinum alloy, the softer seat after the diamond grinding process 1.1 to is 1.2 mm than the stellite-like material below.
liehen Schicht. Durch eine solche Ausführung werden Die Materialien des Ventils hatten folgende Zu-borrowed layer. With such a design, the materials of the valve had the following additions
somit ebenfalls nicht die genannten Schwierigkeiten sammensetzung:thus also not the mentioned difficulty composition:
behoben. Grundwerkstoff (austenitischer Stahl):Fixed. Base material (austenitic steel):
Die Erfindung hat die Schaffung einer Ventil- lg 5% c Q 45% c ^50/ gi 1ιη M g0/ M The invention has the creation of a valve lg 5% c Q 45% c ^ 50 / gi 1ιη M g0 / M
anordnung der erwähnten Art zum Ziel, bei welcher 50 ■, 0 / -ψ j> est pe arrangement of the type mentioned to the goal, in which 50 ■, 0 / -ψ j> est p e
die genannten Schwierigkeiten vermieden werden und 'the difficulties mentioned are avoided and '
bei welcher eine gute Verbindung einer an der Ober- Zwischenschicht (Stellite 6):in which a good connection of one to the upper intermediate layer (Stellite 6):
fläche befindlichen Panzerung mit großer Härte mit 28% Cr, I0I0C, 4% W, Rest Co.armor with great hardness with 28% Cr, I 0 I 0 C, 4% W, the rest Co.
dem Grundmaterial des Teiles und gleichzeitig auch Panz (Superlegierung auf Nickel-Basis):the basic material of the part and at the same time armor (nickel-based superalloy):
eine hohe Lebensdauer im Betneb erreicht wird, so daß 55 .■> 0/ „ 0/ „ 0/ . „.a long service life in operation is achieved, so that 55. ■> 0 / " 0 / " 0 / . ".
unter Umständen auf eine Flüssigkeitskühlung, die ^°'D /0 M' u'y /o ^" %ä lo ö1' ^5 /o re' ä'ä /o ß' sonst erforderlich wäre, verzichtet werden kann.Under certain circumstances, liquid cooling, which would otherwise be necessary, can be dispensed with , which ^ ° 'D / 0 M' u ' y / o ^ " % ä lo ö1 ' ^ 5 / o re ' ä ' ä / o ß '.
Die erfindungsgemäße Ventilanordnung, durch Die Härte der Panzerung betrug dabei 770 bisThe valve arrangement according to the invention, by The hardness of the armor was 770 to
welche das erwähnte Ziel erreicht wird, ist dadurch 820 kp/mm2 HV, die Härte der Zwischenschicht 400The hardness of the intermediate layer 400, which achieves the aforementioned goal, is 820 kp / mm 2 HV
gekennzeichnet, daß die Panzerung aus einem Material 60 bis 450 kp/mm2 HV, die Härte des Chromnickelstahlscharacterized in that the armor is made of a material from 60 to 450 kp / mm 2 HV, the hardness of the chromium-nickel steel
mit einer Härte von über 700 kp/mm2 HV besteht des Ventiltellers 260 bis 280 kp/mm2 HV.With a hardness of over 700 kp / mm 2 HV, the valve disk consists of 260 to 280 kp / mm 2 HV.
und daß die weitere Schicht zwischen der Panzerung Auf diese Weise ausgebildete Ventile wurden inand that the further layer between the armor valves formed in this way were in
und dem Grundmaterial der Sitzfläche angebracht ist einem Sechszylinder-Tauchkolben-Dieselmotor fürand the base material of the seat is attached to a six-cylinder plunger-piston diesel engine
und ihre Härte im Bereich von 400 bis 600 kp/mm2 HV Schwerölbetrieb als Auspuffventile eingebaut undand their hardness in the range from 400 to 600 kp / mm 2 HV heavy oil operation installed as exhaust valves and
liegt und größer als die des Grundmaterials ist. zeigten nach zwei lOOOstündigen Dauerläufen mitand is larger than that of the base material. showed after two 1000 hours of endurance runs
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung ist es 5 Schweröl keine Anzeichen einer beginnenden Korro-Due to the design according to the invention, it is 5 heavy oil no signs of incipient corrosion
moglich, in zuverlässiger Weise auch eine sehr harte sion oder einer anderen Beschädigung. Die Ventilepossible, in a reliable manner, even a very hard sion or other damage. The valves
Panzerung mit einem verhältnismäßig weichen Grund- liefen dabei ohne besondere Flüssigkeitskühlung.Armor with a relatively soft base ran without any special liquid cooling.
Im wesentlichen in der gleichen Weise wurde ein Ventil aus folgenden Materialien hergestellt:
Grundwerkstoff:In essentially the same way, a valve was made from the following materials:
Base material:
Ferritischer Stahl.Ferritic steel.
Zwischenschicht (Stellit 32 der Firma Union Carbide Corp.):Intermediate layer (Stellite 32 from Union Carbide Corp.):
25% Cr, 1.7% C, 1% Si, 1% Mn, 1% Fe, 22% « Ni, 12% W, Rest Co.25% Cr, 1.7% C, 1% Si, 1% Mn, 1% Fe, 22% Ni, 12% W, the rest Co.
Obere Panzerung (Superlegierung auf Wolframbasis): 13% Co, 87% WC.Upper armor (tungsten-based superalloy): 13% Co, 87% WC.
Die obere Panzerung wurde nach einem Vorwärmen des Ventilteller auf 500 bis 6000C durch Flammspritzen aufgetragen.The upper armor was applied by flame spraying after the valve head had been preheated to 500 to 600 ° C.
Das Ventil, welches mit einer Wasserkühlung versehen war. hatte im Betrieb ähnliche Eigenschaften wie das Ventil nach dem Beispiel 1.The valve, which was provided with a water cooling. had similar properties in operation like the valve according to example 1.
Es versteht sich, daß außer den genannten Superlegierungen für die obere Panzerungsschicht auch andere bekannte Superlegierungen, die auf Nickelbasis, Kobaltbasis oder Wolframbasis, ausgebildet sind, verwendet werden können. Auch für die Zwiselenschicht können andere Materialien als die genannten Materialien verwendet werden.It goes without saying that in addition to the above-mentioned superalloys for the upper armor layer, too other well-known superalloys that are nickel-based, Cobalt base or tungsten base, can be used. Also for the intermediate layer materials other than those mentioned can be used.
In der Zeichnung ist ein Teilschnitt des äußeren Randes des Ventiltellers eines erfindungsgemäß ausgebildeten Ventils dargestellt. Der Ventilteller 1 mit dem Durchmesser D ist mit einer Zwischenschicht 2 sowie einer Panzerung 3 versehen. Die größte Dicke der Zwischenschicht ist mit B bezeichnet, die Dicke der Panzerung mit A. Bei den Ausführungen nach den beiden Beispielen betrug der Durchmesser D 130 mm, die Dicke A 1,1 bis 1,2 mm, die Dicke B 3 mm.The drawing shows a partial section of the outer edge of the valve disk of a valve designed according to the invention. The valve disk 1 with the diameter D is provided with an intermediate layer 2 and an armor 3. The greatest thickness of the intermediate layer is denoted with B , the thickness of the armor with A. In the embodiments according to the two examples, the diameter D was 130 mm, the thickness A 1.1 to 1.2 mm, the thickness B 3 mm.
Claims (9)
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