DE102013225903A1 - Component with a valve seat and valve seat ring - Google Patents

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Oliver Grabherr
Harun Kara
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Abstract

Um einen sicheren Sitz eines Ventilsitzrings (6) in einem Ventilsitzgehäuse (2) zu gewährleisten, weist der Ventilsitzring (6) Umfangsbereiche (14) mit einer Querschnittsverjüngung (Qred) auf. Dadurch wird eine lokale Verformung beispielsweise bei einer Temperaturveränderung gezielt beeinflusst. Bei dem Ventilsitzgehäuse (2) handelt es sich insbesondere um ein Ventilsitzgehäuse (2) eines Motors eines Kraftfahrzeugs, beispielsweise ein Zylinderkopf oder ein Gehäuse einer Waste-Gate-Klappenanordnung.In order to ensure a secure seating of a valve seat ring (6) in a valve seat housing (2), the valve seat ring (6) has peripheral regions (14) with a cross-sectional taper (Qred). As a result, a local deformation is specifically influenced, for example, with a temperature change. The valve seat housing (2) is, in particular, a valve seat housing (2) of an engine of a motor vehicle, for example a cylinder head or a housing of a waste gate valve arrangement.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bauteil insbesondere für ein Kraftfahrzeug mit einem Ventilsitz umfassend ein Ventilsitzgehäuse aus einem ersten Material, das eine Ringaufnahme aufweist, in die ein Ventilsitzring aus einem zweiten Material eingefügt ist. Die Erfindung betrifft weiterhin einen solchen Ventilsitzring.The invention relates to a component, in particular for a motor vehicle, having a valve seat comprising a valve seat housing made of a first material, which has a ring receptacle, into which a valve seat ring made of a second material is inserted. The invention further relates to such a valve seat ring.

Für ein zulässiges und reversibles Schließen und Öffnen von Ventilen in hochbeanspruchten Bauteilen, beispielsweise bei Verbrennungsmotoren für Kraftfahrzeuge, werden zur Ausbildung von Ventilsitzen häufig Ventilsitzringe in eine Ringaufnahme eines Ventilsitzgehäuses eingepresst. Dies ist insbesondere dann erforderlich, wenn das Ventilsitzgehäuse aus einem vergleichsweise weichen Material wie beispielsweise Aluminium, eine Aluminiumlegierung oder auch Magnesiumlegierungen besteht, wie sie im Leichtbau eingesetzt werden. Derartige Materialien eignen sich aufgrund ihrer nur geringen Härte nicht als Ventilsitz für ein Ventil. Ein derartiger Anwendungsfall ist beispielsweise bei Zylinderköpfen für Einlass- und Auslassventile und insbesondere auch bei sogenannten Waste-Gate-Klappen in Aluminium-Turbinengehäusen gegeben. Die in das Ventilsitzgehäuse eingepressten Ventilsitzringe bestehen dabei aus einem zum Material des Ventilsitzgehäuses verschiedenen, insbesondere härteren Material und bestehen beispielsweise aus einem Sinterwerkstoff.For a permissible and reversible closing and opening of valves in highly stressed components, such as in internal combustion engines for motor vehicles, often valve seat inserts are pressed into a ring receptacle of a valve seat housing for the formation of valve seats. This is particularly necessary if the valve seat housing consists of a comparatively soft material such as aluminum, an aluminum alloy or magnesium alloys, as used in lightweight construction. Such materials are not suitable as a valve seat for a valve due to their low hardness. Such an application is given for example in cylinder heads for intake and exhaust valves and in particular also in so-called waste gate valves in aluminum turbine housings. The valve seat rings pressed into the valve seat housing in this case consist of a different material to the material of the valve seat housing, in particular harder material and consist for example of a sintered material.

Waste-Gate-Klappen werden bei mit Turboladern ausgestatteten Verbrennungsmotoren eingesetzt, um einen Abgasstrom zu steuern. Eine Abgasturbolader-Anordnung mit einer solchen Waste-Gate-Klappe ist beispielsweise aus der DE 10 2010 031 500 A1 oder auch aus der DE 10 2010 013 367 A1 zu entnehmen.Waste gate valves are used on turbocharged internal combustion engines to control exhaust gas flow. An exhaust gas turbocharger arrangement with such a wastegate flap is for example from DE 10 2010 031 500 A1 or even from the DE 10 2010 013 367 A1 refer to.

Bei derartigen Motorenbauteilen handelt es sich um thermisch hoch beanspruchte Teile, die auch einer starken Temperatur-Wechselbeanspruchung unterliegen. Aufgrund der Kombination von unterschiedlichen Materialien in Verbindung mit der Temperaturwechselbeanspruchung führt dies zu unterschiedlichen Ausdehnungen des Ventilsitzgehäuses einerseits und des Ventilsitzringes andererseits. Dies hat unterschiedliche Belastungen im Laufe des Betriebs zur Folge. Unter Umständen führt dies im Laufe der Zeit zu einer Lockerung des lediglich eingepressten Ventilsitzringes.In such engine components are highly stressed parts that are subject to a high temperature cycling. Due to the combination of different materials in conjunction with the thermal cycling, this leads to different expansions of the valve seat housing on the one hand and the valve seat ring on the other. This results in different loads during operation. Under certain circumstances, this leads over time to a relaxation of the merely pressed valve seat ring.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen dauerhaft zuverlässigen Sitz eines Ventilsitzrings in einer Ringaufnahme zu gewährleisten.Based on this, the present invention seeks to ensure a permanently reliable fit of a valve seat ring in a ring receptacle.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch ein Bauteil mit den Merkmalen den Anspruchs 1 sowie durch einen Ventilsitzring mit den Merkmalen des Anspruchs 11.The object is achieved according to the invention by a component having the features of claim 1 and by a valve seat ring with the features of claim 11.

Bei dem Bauteil handelt es sich insbesondere um ein Bauteil für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, welches einen Ventilsitz aufweist. Der Ventilsitz ist dabei in einem Ventilsitzgehäuse ausgebildet, welches Teil des Bauteils oder das Bauteil selbst bildet. Das Ventilsitzgehäuse besteht dabei aus einem ersten Material. In das Ventilsitzgehäuse ist eine Ringaufnahme eingebracht, in die ein Ventilsitzring aus einem zweiten, insbesondere im Vergleich zu dem Material des Ventilsitzgehäuses härteren Material eingefügt ist. Der Ventilsitzring ist dabei beispielsweise in die Ringaufnahme eingepresst. Der Ventilsitzring weist daher im Ausgangszustand ein gewisses Übermaß relativ zur Ringaufnahme auf. Im Unterschied zu herkömmlichen Ventilsitzringen ist nunmehr vorgesehen, dass der Ventilsitzring zumindest einen Umfangsbereich mit einer Querschnittsveränderung aufweist.The component is in particular a component for an internal combustion engine, in particular for a motor vehicle, which has a valve seat. The valve seat is formed in a valve seat housing, which forms part of the component or the component itself. The valve seat housing consists of a first material. In the valve seat housing, a ring receiver is introduced, in which a valve seat ring of a second, in particular compared to the material of the valve seat housing harder material is inserted. The valve seat ring is pressed, for example, in the ring receptacle. The valve seat ring therefore has a certain excess relative to the ring receptacle in the initial state. In contrast to conventional valve seat rings is now provided that the valve seat ring has at least one peripheral region with a change in cross section.

Unter Querschnittsveränderung wird hierbei verstanden, dass der Ventilsitzring ausgehend von einer Norm- oder Hauptquerschnittsfläche – betrachtet senkrecht zu einer Umfangslinie – in einem begrenzten Umfangsbereich eine vergrößerte oder auch eine verringerte Querschnittsfläche aufweist. Durch diese Querschnittsveränderung wird daher in dem zumindest einen Umfangsbereich eine Erhöhung bzw. Reduzierung der Steifigkeit erzielt, sodass insgesamt eine Zone des Ventilsitzringes ausgebildet ist, die im Vergleich zu benachbarten Zonen oder Umfangsbereichen, die den normalen Querschnitt zeigen, eine höheren Widerstand bzw. eine Nachgiebigkeit im Hinblick auf insbesondere radiale Druckbeanspruchungen zeigt.Under cross-sectional change is understood here that the valve seat ring starting from a standard or main cross-sectional area - viewed perpendicular to a circumferential line - in a limited peripheral region has an enlarged or a reduced cross-sectional area. As a result of this change in cross section, therefore, an increase or reduction in the rigidity is achieved in the at least one peripheral region, so that overall a zone of the valve seat ring is formed which has a higher resistance or yield compared to adjacent zones or circumferential regions which exhibit the normal cross section with regard to particular radial compressive stresses shows.

Unter dem Begriff „Ventilsitzring” wird allgemein ein ringförmiges Bauteil verstanden, welches nicht zwingend kreisringförmig ist und beispielsweise auch oval ausgebildet sein kann.The term "valve seat ring" is generally understood to mean an annular component which is not necessarily annular and, for example, may also be oval.

Unter dem Begriff „Ventil”, „Ventilsitzgehäuse” sowie „Ventilsitz” werden allgemein Bauteile zum auch teilweise Schließen/Öffnen von Strömungswegen verstanden, bei denen ein Schließelement gegen einen Sitz verstellt wird und am Sitz zum Anliegen kommt. Diese Begriffe umfassen beispielsweise auch Klappen und Schieberelemente.The term "valve", "valve seat housing" and "valve seat" are generally understood components for partially closing / opening of flow paths in which a closing element is adjusted against a seat and comes to rest on the seat. These terms include, for example, flaps and slider elements.

Diese Ausgestaltung geht dabei von der Überlegung aus, dass ein in einem Gehäuse verpresster oder auch anderweitig beispielsweise kraft-, form- und/oder reibschlüssig eingefügter, vollsymmetrischer Ventilsitzring an seiner (Umfangs-)Kontaktfläche zum Ventilsitzgehäuse sowohl bei der Montage als auch insbesondere im Betrieb inhomogen mit radial einwirkenden Kräften beaufschlagt wird. Dies führt insgesamt zu einer inhomogenen Kontaktpressungsverteilung, speziell bei Temperaturwechselbeanspruchungen oder auch bei sonstigen mechanischen Beanspruchungen beispielsweise bei der Montage, welche zu elastischen und insbesondere auch zu plastischen Verformungen am Ventilsitzring und/oder am Ventilsitzgehäuse führen können. Hierbei ist insbesondere eine Viskos-Plastizität problematisch, was zu einem plastischen Fließen oder Kriechen insbesondere am Ventilsitzgehäuse führt und welches letztendlich zu einer Lockerung führen kann.This embodiment is based on the consideration that a compressed in a housing or otherwise for example force-, positively and / or frictionally inserted, fully symmetrical valve seat ring at its (peripheral) contact surface to the valve seat housing both during assembly and in particular during operation inhomogeneous is acted upon by radially acting forces. Overall, this results in an inhomogeneous contact pressure distribution, especially in thermal cycling or other mechanical stresses, for example during assembly, which can lead to elastic and in particular to plastic deformation of the valve seat ring and / or the valve seat housing. Here, in particular, a visco-plasticity is problematic, which leads to a plastic flow or creep especially on the valve seat housing and which can ultimately lead to a relaxation.

Da eine Vergleichmäßigung und Homogenisierung dieser inhomogenen Kontaktpressungsverteilung nicht oder kaum möglich ist, ist durch die spezielle strukturelle Ausformung des Ventilsitzrings mit den Umfangsbereichen mit der Querschnittsveränderung bewusst eine lokale Inhomogenität insbesondere im Hinblick auf die Steifigkeit in den Ventilsitzring integriert, sodass insgesamt im Strukturverbund zwischen Ventilsitzring und Ventilgehäuse eine Homogenisierung der um den Umfang auftretenden Spannungskomponenten erzielt wird. Es werden daher in hochbeanspruchten Teilbereichen Spannungsspitzen abgebaut und die Belastung wird insgesamt homogenisiert. Dadurch wird insgesamt die Gefahr einer plastischen Verformung reduziert, wodurch die Langzeitbeständigkeit verbessert wird.Since a homogenization and homogenization of this inhomogeneous contact pressure distribution is not or hardly possible, a local inhomogeneity, especially with regard to the stiffness in the valve seat ring is integrated by the special structural shape of the valve seat ring with the peripheral areas with the cross-sectional change, so that overall in the structural composite between valve seat ring and Valve housing homogenization of the circumferentially occurring stress components is achieved. Therefore, stress peaks are broken down in highly stressed areas and the load is homogenized overall. This reduces the overall risk of plastic deformation, which improves the long-term stability.

Die Inhomogenität lässt sich grundsätzlich durch eine Querschnittsverjüngung oder auch durch eine Querschnittsvergrößerung bezogen auf eine Norm- oder Hauptquerschnittsfläche erreichen. Bei einer Querschnittsverjüngung werden an definierten Umfangsbereichen Ausnehmungen, Einbuchtungen etc. ausgebildet. Bei einer Querschnittsvergrößerung werden Auswölbungen, wie beispielsweise Nasen etc. ausgeformt, die beispielsweise radial nach außen orientiert sind. Während bei einer Querschnittsverjüngung lokal die Steifigkeit reduziert wird, wird sie bei einer Querschnittsvergrößerung lokal erhöht. Bevorzugt sind die Querschnittsveränderungen als Verjüngungen ausgebildet.The inhomogeneity can basically be achieved by a cross-sectional taper or by a cross-sectional enlargement with respect to a standard or main cross-sectional area. In a cross-sectional taper recesses, indentations etc. are formed on defined peripheral areas. In a cross-sectional enlargement bulges, such as lugs, etc. are formed, which are oriented, for example, radially outward. While in a cross-sectional taper the stiffness is reduced locally, it is increased locally with a cross-sectional enlargement. Preferably, the cross-sectional changes are formed as tapers.

Gemäß einer ersten Ausführungsvariante weist der Ventilsitzring dabei in radialer Richtung eine Veränderung, insbesondere Verjüngung auf. Eine sich in radialer Richtung erstreckende Ringbreite ist daher zur Ausbildung der Querschnittsverjüngung modifiziert, insbesondere reduziert.According to a first embodiment variant, the valve seat ring has a change in the radial direction, in particular a taper. A ring width extending in the radial direction is therefore modified, in particular reduced, to form the cross-sectional taper.

Um gleichzeitig einen zuverlässigen Sitz, insbesondere Presssitz des Ventilsitzrings in der Ringaufnahme zu gewährleisten, erfolgt die Reduzierung der Ringbreite dabei vorzugsweise ausschließlich an seiner inneren Umfangsseite, also nach innen. Der Ring weist daher – im Falle eines kreisförmigen Ringes – eine exakte kreisförmige äußere Umfangslinie mit konstantem Außendurchmesser auf.In order to simultaneously ensure a reliable fit, in particular press fit of the valve seat ring in the ring receptacle, the reduction of the ring width is preferably exclusively on its inner peripheral side, ie inwards. Therefore, in the case of a circular ring, the ring has an exact circular outer circumferential line of constant outer diameter.

Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausgestaltungsvariante, welche auch mit der ersten Variante kombinierbar ist, weist der Ventilsitzring eine sich in Axialrichtung erstreckende Höhe auf, die zur Ausbildung der Querschnittsveränderung modifiziert, insbesondere reduziert ist. Die Ringhöhe wird hierbei vorzugsweise ausschließlich auf der zur Ringaufnahme orientierten Seite reduziert, da die gegenüberliegende, zum Ventil orientierte Seite des Ventilsitzringes eine Dichtfläche definiert. Bei einer Kombination dieser axialen sowie radialen Querschnittsverjüngungen verläuft die Querschnittsveränderung schräg zu diesen Richtungen.According to a second preferred embodiment variant, which can also be combined with the first variant, the valve seat ring has a height extending in the axial direction which is modified, in particular reduced, to form the cross-sectional change. The ring height is preferably reduced only on the oriented to the ring receiving side, since the opposite, oriented to the valve side of the valve seat ring defines a sealing surface. In a combination of these axial and radial cross-sectional tapers, the change in cross-section is oblique to these directions.

Gemäß einer zweckdienlichen Ausgestaltung umfasst der Ventilsitzring vorzugsweise mehrere Umfangsbereiche mit einer Querschnittsveränderung. Die Umfangsbereiche mit reduziertem Querschnitt sind dabei vorzugsweise in Abhängigkeit der um den Umfang verteilten, zu erwartenden Spannungsspitzen angeordnet. Alternativ hierzu besteht auch die Möglichkeit einer Gleichverteilung, wobei ergänzend oder alternativ die Querschnittsveränderungen jeweils identisch ausgebildet sind. Zweckdienlicherweise sind dabei beispielsweise einige wenige, beispielsweise eins bis vier Querschnittsverjüngungen ausgebildet. In einer alternativen Ausführungsvariante sind darüber hinaus mehrere, insbesondere um den Umfang gleichmäßig verteilte Querschnittsverjüngungen ausgebildet. Durch die Vielzahl derartiger Querschnittsverjüngungen wird sichergestellt, dass unabhängig von der speziellen Orientierung des Ventilsitzrings innerhalb des Ventilsitzgehäuses im Bereich von Spannungsspitzen eine Querschnittsverjüngung zur Verfügung steht.According to an expedient embodiment, the valve seat ring preferably comprises a plurality of peripheral regions with a change in cross section. The peripheral regions with a reduced cross section are preferably arranged as a function of the circumferentially distributed, expected voltage peaks. Alternatively, there is also the possibility of a uniform distribution, wherein additionally or alternatively, the cross-sectional changes are each formed identically. Conveniently, for example, a few, for example, one to four cross-sectional tapers are formed. In an alternative embodiment, moreover, a plurality of cross-sectional tapers, in particular distributed uniformly around the circumference, are formed. The plurality of such cross-sectional tapers ensures that, regardless of the specific orientation of the valve seat ring within the valve seat housing in the region of voltage peaks, a cross-sectional taper is available.

In bevorzugter Weiterbildung sind um den Umfang sowohl Querschnittserhöhungen als auch Querschnittsverjüngungen ausgebildet, jeweils bezogen auf eine Norm- oder Hauptquerschnittsfläche, Diese ist beispielsweise im Falle von Erhöhungen und Verjüngungen durch eine mittlere Querschnittsfläche definiert. Die Erhöhungen und Verjüngungen gehen dabei vorzugsweise kontinuierlich ineinander über.In a preferred embodiment, both cross-sectional elevations and cross-sectional tapers are formed around the circumference, in each case based on a standard or main cross-sectional area. This is defined, for example, in the case of elevations and tapers by an average cross-sectional area. The elevations and tapers preferably merge into each other continuously.

Die Querschnittsverjüngung geht dabei vorzugsweise kontinuierlich, also ohne Stufen und Kanten in die Hauptquerschnittsfläche über. Die Hauptquerschnittsfläche ist – bei ausschließlich Querschnittsverjüngungen – die nicht reduzierte, unverjüngte Querschnittsfläche, und definiert damit zugleich auch die maximale Querschnittsfläche. Sie weist auch eine definierte, gleichbleibende Querschnittsform auf, in die jeweils die querschnittsverjüngten Umfangsbereiche wieder übergehen. Die einzelnen Abschnitte des Ventilsitzringes gehen vorzugsweise jeweils bogenförmig ineinander über. Alternativ hierzu sind auch sprunghafte Änderungen der Querschnittsgeometrie möglich.The cross-sectional taper is preferably continuous, ie without steps and edges in the main cross-sectional area over. The main cross-sectional area is - with only cross-sectional tapers - the non-reduced, un-tapered cross-sectional area, and thus also defines the maximum cross-sectional area. It also has a defined, uniform cross-sectional shape, in each of which the cross-sectionally tapered peripheral regions merge again. The individual sections of the valve seat ring preferably merge into each other in an arcuate manner. Alternatively, sudden changes in the cross-sectional geometry are possible.

In bevorzugter Ausgestaltung wird der Ventilsitzring innerhalb der Ringaufnahme in einer definierten Orientierung ausgerichtet, nämlich in Abhängigkeit der zu erwartenden hochbelasteten Umfangsbereiche. Der Umfangsbereich mit der Querschnittsveränderung ist daher gegenüberliegend einem Bereich des Ventilsitzgehäuses orientiert, bei dem bei einer thermischen oder mechanischen oder sonstigen Belastung eine im Vergleich zu anderen Umfangsbereichen verschiedene, insbesondere erhöhte Spannungsbelastung in radialer Richtung auftritt. Insbesondere wird hierdurch eine Homogenisierung der auftretenden Kräfte erreicht. So wird beispielsweise durch eine gerichtete Querschnittsverjüngung in Bereichen einer zu erwartenden erhöhten Spannungsbelastung erreicht, dass der Ventilsitzring im Bereich dieser erhöhten Spannungsbelastung elastisch ausweicht. Die Sollorientierung des Ventilsitzrings bezüglich des Ventilsitzgehäuses wird dabei vorzugsweise über eine Markierung angezeigt. In a preferred embodiment, the valve seat ring is aligned within the ring receptacle in a defined orientation, namely in dependence of the expected highly loaded peripheral areas. The peripheral region with the change in cross-section is therefore oriented opposite a region of the valve seat housing in which, in the case of a thermal or mechanical or other load, a different, in particular increased, stress load in the radial direction occurs compared with other peripheral regions. In particular, this homogenization of the forces occurring is achieved. Thus, for example, achieved by a directed cross-sectional taper in areas of expected increased stress that the valve seat ring elastically evades in the region of this increased stress. The desired orientation of the valve seat ring with respect to the valve seat housing is preferably indicated by a mark.

Vorzugsweise weist der Ventilsitzring im Bereich der größten Querschnittsverjüngung eine im Vergleich zu der Hauptquerschnittsfläche um etwa 20 bis 50% reduzierte Querschnittsfläche auf. Hierdurch ist lokal eine deutliche Reduzierung der Steifigkeit des Ventilsitzringes erreicht.In the region of the greatest cross-sectional taper, the valve seat ring preferably has a reduced cross-sectional area of about 20 to 50% compared with the main cross-sectional area. As a result, locally a significant reduction in the stiffness of the valve seat ring is achieved.

Zweckdienlicherweise handelt es sich bei dem Ventilsitzgehäuse wahlweise um ein Gehäuse einer Waste-Gate-Klappenanordnung oder auch um einen Zylinderkopf.Conveniently, the valve seat housing is optionally a housing of a waste gate valve assembly or a cylinder head.

Das Ventilsitzgehäuse besteht weiterhin vorzugsweise aus einem Leichtmetall, insbesondere aus einer Aluminium- oder Magnesiumlegierung. Im Unterschied hierzu besteht der Ventilsitzring aus einem deutlich härteren Material, beispielsweise aus einem Sintermaterial oder auch aus einem Stahl.The valve seat housing further preferably consists of a light metal, in particular of an aluminum or magnesium alloy. In contrast, the valve seat ring consists of a much harder material, for example, a sintered material or a steel.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Diese zeigen in vereinfachten Darstellungen:Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to FIGS. These show in simplified representations:

1 Eine Aufsicht auf ein ausschnittsweise dargestelltes Ventilsitzgehäuse mit eingepresstem Ventilsitzring, 1 A plan view of a partially shown valve seat housing with pressed valve seat ring,

2 eine Schnittansicht durch das Ventilsitzgehäuse entlang der Schnittlinie II-II in 1, 2 a sectional view through the valve seat housing along the section line II-II in 1 .

3 eine Schnittansicht durch das Ventilsitzgehäuse entlang der Schnittlinie II-II in 1 gemäß einer alternativen Ausführungsvariante des Ventilsitzrings. 3 a sectional view through the valve seat housing along the section line II-II in 1 according to an alternative embodiment of the valve seat ring.

In den Figuren sind gleichwirkende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Ein in den 1 bis 3 dargestelltes Ventilsitzgehäuse 2 weist eine Ringaufnahme 4 auf, in die ein Ventilsitzring 6 eingefügt, insbesondere eingepresst ist. Der Ventilsitzring 6 besteht insbesondere aus einem Sintermaterial und das Ventilgehäuse 2 aus einem Leichtmetall. Der Ventilsitzring 6 weist einen konstanten Außendurchmesser A auf. Seine äußere Umfangslinie ist kreisförmig. Eine umlaufende Rändelung ist ebenfalls möglich. Auch in diesem Fall wird der Außendurchmesser als konstant angesehen. Der Ventilsitzring 6 weist in Axialrichtung 8 eine Ringhöhe h und in Radialrichtung 10 eine Ringbreite b auf.In the figures, like-acting parts are provided with the same reference numerals. One in the 1 to 3 illustrated valve seat housing 2 has a ring holder 4 in which a valve seat ring 6 inserted, in particular pressed. The valve seat ring 6 consists in particular of a sintered material and the valve housing 2 made of a light metal. The valve seat ring 6 has a constant outer diameter A. Its outer circumference is circular. A circumferential knurling is also possible. Also in this case, the outer diameter is considered constant. The valve seat ring 6 points in the axial direction 8th a ring height h and in the radial direction 10 a ring width b on.

Die Ringaufnahme 4 umfasst eine Umfangswand, die ebenfalls mir ihrer Innenwandung kreisförmig verläuft. Der Außendurchmesser A des Ventilsitzrings 6 weist gegenüber einem Innendurchmesser der Ringaufnahme 4 im Ausgangszustand ein Übermaß auf, um die gewünschte Presspassung des Ventilsitzrings 6 innerhalb der Ringaufnahme 4 zu gewährleisten.The ring recording 4 includes a peripheral wall, which also extends with its inner wall circular. The outer diameter A of the valve seat ring 6 points opposite to an inner diameter of the ring receiver 4 in the initial state, an excess to the desired interference fit of the valve seat ring 6 inside the ring holder 4 to ensure.

Die Ringaufnahme 4 weist neben der Umfangswand noch eine ringförmige Bodenfläche 12 auf, auf die der Ventilsitzring 6 im Normalfall im Bereich einer Hauptquerschnittsfläche Q aufsitzt. Im Bereich dieser Hauptquerschnittsfläche Q hat der Ventilsitzring 6 seine maximale Querschnittsfläche. Im Ausführungsbeispiel weist der Ventilsitzring 6 im Bereich der Hauptquerschnittsfläche Q eine in etwa rechteckige Querschnittsfläche auf. Diese kann jedoch in Abhängigkeit der Ausgestaltung beispielsweise der Dichtfläche des Ventilsitzes auch anders ausgestaltet sein. Im Übergangsbereich der Bodenfläche 12 zu deren Umfangswand ist die Ringaufnahme 4 und korrespondierend hierzu auch der Ventilsitzring 6 abgeschrägt.The ring recording 4 has next to the peripheral wall nor an annular bottom surface 12 on which the valve seat ring 6 normally seated in the region of a main cross-sectional area Q. In the area of this main cross-sectional area Q has the valve seat ring 6 its maximum cross-sectional area. In the exemplary embodiment, the valve seat ring 6 in the region of the main cross-sectional area Q has an approximately rectangular cross-sectional area. However, this can also be designed differently depending on the configuration, for example, the sealing surface of the valve seat. In the transition area of the floor area 12 to the peripheral wall is the ring receiver 4 and correspondingly also the valve seat ring 6 beveled.

Der Ventilsitzring 6 weist mehrere Umfangsbereiche 14 mit einer Querschnittsveränderung auf. In der bevorzugten Ausgestaltung des Ausführungsbeispiels sind dies ausschließlich Querschnittsverjünungen Qred. Wie insbesondere aus der Aufsicht gemäß 1 zu entnehmen ist, weist der Ventilsitzring 6 mehrere, im Ausführungsbeispiel insgesamt drei Umfangsbereiche 14 mit einer reduzierten Querschnittsfläche, auch als Querschnittsverjüngung Qred bezeichnet auf. Die Umfangsbereiche 14 mit der Querschnittsverjüngung Qred sind im Ausführungsbeispiel der 1 gleichmäßig unter einem gleichen Winkelabstand, also im Ausführungsbeispiel um 120°, um den Umfang verteilt angeordnet. Die Umfangsbereiche 14 mit der Querschnittsverjüngung Qred gehen dabei kontinuierlich und homogen, also kanten- und knickfrei in weitere Umfangsbereiche 16 mit der normalen Hauptquerschnittsfläche Q über.The valve seat ring 6 has several peripheral areas 14 with a cross-sectional change. In the preferred embodiment of the embodiment, these are exclusively cross-sectional rejuvenations Q red . As in particular from the supervision according to 1 can be seen, the valve seat ring 6 several, in the exemplary embodiment, a total of three peripheral areas 14 with a reduced cross-sectional area, also referred to as a cross-sectional taper Q red on. The peripheral areas 14 with the cross-sectional taper Q red are in the embodiment of 1 evenly at an equal angular distance, that is distributed in the exemplary embodiment by 120 °, distributed around the circumference. The peripheral areas 14 with the cross-sectional taper Q red go continuously and homogeneously, so kant and kink-free in other peripheral areas 16 with the normal main cross-sectional area Q over.

Gemäß der ersten Ausführungsvariante gemäß der 2 ist zur Ausbildung der Querschnittsverjüngung Qred ausschließlich die Ringbreite b reduziert. Dabei erfolgt die Materialabnahme an der Innenseite des Ventilsitzrings 6.According to the first embodiment according to the 2 is to form the cross-sectional taper Q red exclusively reduces the ring width b. The material removal takes place on the inside of the valve seat ring 6 ,

Bei der Ausführungsvariante der 2 erfolgt eine Materialreduzierung in Axialrichtung 8 und zwar zur Bodenfläche 12 hin. Hier wird daher die Ringhöhe h reduziert, sodass im Bereich der Querschnittsverjüngung Qred der Ventilsitzring 6 nicht auf der Bodenfläche 12 aufliegt. Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit, im Bereich der Querschnittsverjüngung Qred sowohl die Ringhöhe h als auch die Ringbreite b zu reduzieren. In the embodiment of the 2 a material reduction takes place in the axial direction 8th namely to the floor area 12 out. Here, therefore, the ring height h is reduced, so that in the region of the cross-sectional taper Q red of the valve seat ring 6 not on the floor surface 12 rests. In principle, it is also possible to reduce both the ring height h and the ring width b in the region of the cross-sectional taper Q red .

Der Ventilsitzring 6 ist zweckdienlicherweise entlang einer definierten, vorgegebenen Orientierung bezüglich des Ventilgehäuses 2 in dieses eingepresst. Die Orientierung des Ventilsitzrings 6 ist derart, dass die Umfangsbereiche 14 mit der Querschnittsverjüngung Qred zu denjenigen Bereichen des Ventilgehäuses 2 orientiert sind, an denen insbesondere bei einer Temperaturbeanspruchung erhöhte Spannungswerte zu erwarten sind. Diese werden beispielsweise im Vorfeld simulativ mittels FEM-Berechnungen ermittelt. Derartige Umfangsbereiche 14 mit erhöhter radialer Spannungsbelastung bei einer Temperaturänderung sind beispielsweise auf Geometriefaktoren des Ventilsitzgehäuses 2 zurückzuführen, die häufig nicht beeinflussbar sind.The valve seat ring 6 is expediently along a defined, predetermined orientation with respect to the valve housing 2 pressed into this. The orientation of the valve seat ring 6 is such that the peripheral areas 14 with the cross-sectional taper Q red to those areas of the valve housing 2 are oriented, at which especially at a temperature stress increased voltage values are to be expected. For example, these are determined simulatively in advance using FEM calculations. Such peripheral areas 14 with increased radial stress load at a temperature change, for example, geometry factors of the valve seat housing 2 attributed, which are often not influenced.

Um bei der Montage eine zuverlässige Orientierung des Ventilsitzrings 6 in der gewünschten Soll-Orientierung zu gewährleisten sind zweckdienlicherweise am Ventilgehäuse 2 und/oder am Ventilsitzring 6 Markierungen 18 angebracht, wie dies in der 1 illustriert ist. Bei einer Ausrichtung der Markierungen 18 zueinander ist der Ventilsitzring 6 in der gewünschten Soll-Orientierung.To ensure a reliable orientation of the valve seat ring during assembly 6 to ensure in the desired target orientation are expediently on the valve body 2 and / or on the valve seat ring 6 marks 18 attached, as in the 1 is illustrated. When the marks are aligned 18 each other is the valve seat ring 6 in the desired target orientation.

Zur Ausbildung der Querschnittsverjüngungen Qred sind grundsätzlich unterschiedliche Querschnittsvariationen um den Umfang möglich. Die Verjüngungen können beispielsweise durch Abschrägungen, Aussparungen etc. ausgebildet werden. Sie sind vorzugsweise in gleichen Winkelabständen zueinander über den Umfang verteilt angeordnet.To form the cross-sectional tapers Q red , fundamentally different cross-sectional variations around the circumference are possible. The tapers can be formed for example by bevels, recesses, etc. They are preferably arranged distributed at equal angular intervals to each other over the circumference.

Insgesamt wird durch die lokale Reduzierung der Querschnittsfläche des Ventilsitzrings 6 insbesondere in Verbindung mit seiner definierten Positionierung innerhalb des Ventilgehäuses 2 gezielt eine Elastizität in den Ventilsitzring 6 und damit in den Strukturverbund in einer definierten Richtung eingebracht. Dadurch wird der Ventilsitzring 6 einer Verformung des umgebenden Ventilsitzgehäuses 2 angepasst, die bei einer Temperaturveränderung im Betrieb oder auch bei der Montage auftreten kann. Insgesamt wird hierdurch über die Kontaktfläche, also insbesondere die Umfangsfläche zwischen Ventilsitzring 6 und Ventilsitzgehäuse 2, eine Vergleichmäßigung der Kontaktpressung auch bei Temperaturwechselbelastung erzielt. Hierdurch wird in definierter Art und Weise eine lokale Belastung durch die Montage oder durch die Betriebslasten gezielt beeinflusst und insbesondere wird damit gezielt eine lokale Verformung des Ventilsitzrings 6 und/oder des Ventilgehäuses 2 beeinflusst. Insbesondere wird dadurch ein plastisches Verformen möglichst vermieden. Ein zuverlässiges Halten des Ventilsitzrings 6 unter allen Montage- und Betriebsrandbedingungen ist damit sichergestellt.Overall, the local reduction in the cross-sectional area of the valve seat ring 6 especially in connection with its defined positioning within the valve housing 2 targeted elasticity in the valve seat ring 6 and thus introduced into the structure network in a defined direction. This will cause the valve seat ring 6 a deformation of the surrounding valve seat housing 2 adapted, which can occur during a change in temperature during operation or during assembly. Overall, this is about the contact surface, ie in particular the peripheral surface between the valve seat ring 6 and valve seat housing 2 , A homogenization of the contact pressure achieved even with thermal cycling. As a result, in a defined manner, a local load is selectively influenced by the assembly or by the operating loads, and in particular targeted local deformation of the valve seat ring 6 and / or the valve housing 2 affected. In particular, this plastic deformation is avoided as possible. Reliable holding of the valve seat ring 6 Under all conditions of assembly and operation this is ensured.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

22
Ventilgehäusevalve housing
44
Ringaufnahmering holder
66
VentilsitzringValve seat ring
88th
Axialrichtungaxially
1010
Radialrichtungradial direction
1212
Bodenflächefloor area
1414
Umfangsbereichperipheral region
1616
weitere Umfangsbereicheadditional peripheral areas
1818
Markierungmark
AA
Außendurchmesserouter diameter
hH
Ringhöhering height
bb
Ringbreitering width
QQ
HauptquerschnittsflächeMain cross-sectional area
Qred Q red
QuerschnittsverjüngungCross-sectional narrowing

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102010031500 A1 [0003] DE 102010031500 A1 [0003]
  • DE 102010013367 A1 [0003] DE 102010013367 A1 [0003]

Claims (12)

Bauteil insbesondere für ein Kraftfahrzeug mit einem Ventilsitz umfassend ein Ventilsitzgehäuse (2) aus einem ersten Material, das eine Ringaufnahme (4) aufweist, in die ein Ventilsitzring (6) aus einem zweiten Material eingefügt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitzring (6) zumindest einen Umfangsbereich (14) mit einer Querschnittsveränderung (Qred), insbesondere eine Querschnittsverjüngung aufweist.Component in particular for a motor vehicle with a valve seat comprising a valve seat housing ( 2 ) of a first material containing a ring receiver ( 4 ) into which a valve seat ring ( 6 ) is inserted from a second material, characterized in that the valve seat ring ( 6 ) at least one peripheral area ( 14 ) having a cross-sectional change (Q red ), in particular a cross-sectional taper. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitzring (6) in radialer Richtung eine Ringbreite (b) aufweist, die zur Ausbildung der Querschnittsveränderung (Qred) modifiziert ist.Component according to claim 1, characterized in that the valve seat ring ( 6 ) in the radial direction has a ring width (b), which is modified to form the cross-sectional change (Q red ). Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitzring (6) eine innere Umfangsseite sowie eine äußere Umfangsseite aufweist und nur an der inneren Umfangsseite verändert ist.Component according to claim 1 or 2, characterized in that the valve seat ring ( 6 ) has an inner peripheral side and an outer peripheral side and is changed only on the inner peripheral side. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitzring (6) in Axialrichtung (8) eine Ringhöhe (h) aufweist, die zur Ausbildung der Querschnittsveränderung (Qred) modifiziert ist.Component according to one of the preceding claims, characterized in that the valve seat ring ( 6 ) in the axial direction ( 8th ) has a ring height (h) modified to form the cross-sectional change (Q red ). Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitzring (6) mehrere Umfangsbereiche (14) mit einer Querschnittsveränderung (Qred) aufweist.Component according to one of the preceding claims, characterized in that the valve seat ring ( 6 ) several peripheral areas ( 14 ) having a cross-sectional change (Q red ). Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitzring (6) bezogen auf eine Hauptquerschnittsfläche (Q) sowohl zumindest eine Querschnitssverjüngung (Qred) als auch zumindest eine Querschnittserhöhung aufweist.Component according to one of the preceding claims, characterized in that the valve seat ring ( 6 ) relative to a main cross-sectional area (Q) both at least one Querschnitssverjüngung (Q red ) and at least one cross-sectional increase. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsänderung (Qred) kontinuierlich in eine Hauptquerschnittsfläche (Q) übergeht.Component according to one of the preceding claims, characterized in that the cross-sectional change (Q red ) continuously merges into a main cross-sectional area (Q). Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitzring (6) mit einer definierten Orientierung in die Ringaufnahme (4) eingefügt ist, so dass der zumindest eine Umfangsbereich (14) mit der Querschnittsveränderung (Qred) zu einem Bereich des Ventilsitzgehäuses (2) ausgerichtet ist, in dem bei einer thermischen oder mechanischen Belastung eine im Vergleich zu weiteren Umfangsbereichen (16) verschiedene Spannungsbelastung auftritt.Component according to one of the preceding claims, characterized in that the valve seat ring ( 6 ) with a defined orientation in the ring receptacle ( 4 ) is inserted so that the at least one peripheral region ( 14 ) with the change in cross-section (Q red ) to a region of the valve seat housing ( 2 ) in which, in the case of a thermal or mechanical load, a 16 ) different stress load occurs. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitzring (6) eine Hauptquerschnittsfläche (Q) aufweist, die im Umfangsbereich (14) der Querschnittsveränderung (Qred) um etwa 10% bis 70%, insbesondere um etwa 20% bis 50% modifiziert ist.Component according to one of the preceding claims, characterized in that the valve seat ring ( 6 ) has a main cross-sectional area (Q), which in the peripheral area (Q) 14 ) of the cross-sectional change (Q red ) is modified by about 10% to 70%, in particular by about 20% to 50%. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Ventilsitzgehäuse (2) wahlweise um ein Gehäuse einer Waste-Gate-Klappe oder um einen Zylinderkopf handelt.Component according to one of the preceding claims, characterized in that it is in the valve seat housing ( 2 ) is optionally a housing of a waste gate flap or a cylinder head. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilsitzgehäuse (2) aus einem Leichtmetall besteht.Component according to one of the preceding claims, characterized in that the valve seat housing ( 2 ) consists of a light metal. Ventilsitzring (6) insbesondere für ein Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitzring (6) zumindest einen Umfangsbereich (14) mit einer Querschnittsveränderung (Qred) aufweist.Valve seat ring ( 6 ) in particular for a component according to one of the preceding claims, characterized in that the valve seat ring ( 6 ) at least one peripheral area ( 14 ) having a cross-sectional change (Q red ).
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