DD143453A1

DD143453A1 - Verfahren und vorrichtung zum verhindern von ventilstegrissen

Info

Publication number: DD143453A1
Application number: DD79212702A
Authority: DD
Inventors: Max Albert
Original assignee: Maschf Augsburg Nuernberg Ag
Priority date: 1978-05-09
Filing date: 1979-05-07
Publication date: 1980-08-20
Also published as: JPS54147312A; US4248191A; SU917707A3; SE7904039L; FR2425550A1; GB2020744A; IN151114B; GB2020744B; IT1112829B; IT7922377A0; HU180497B; DE2820149A1

Description

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Verfahren und Vorrichtung zum Verhindern von Ventilstegrissen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verhindern von Ventilstegrissen im Zylinderkopf von Brennkraftmaschinen sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens·

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, die Stege zwischen den Ventilen von Brennkraftmaschinen einer Zugvorspannung zu unterwerfen· Zu diesem Zweck v/ird in den Zylinderkopfboden ein Ring mit einem Material geringerer Wärmeausdehnung als das Material des umgebenden Zylinderkopfes eingegossen. Beim Erkalten nach dem Einguß übt der Ring infolge seines geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten an seiner Innenseite auf das im Inneren des Ringes befindliche Gebiet des Zylinderkopfbodens eine Zugspannung aus· Um für eine zuverlässige Übertragung dieser Zugkräfte zu sorgen, hat man in den Zylinderkopf schwalbenschwanzförmige Hüten eingedreht, welche einen Formschluß zwischen Ring und Zylinderkopf herstellen· Ein Verfahren dieser Art ist nicht nur in der Herstellung schwer zu handhaben, da nicht vorstellbar ist, wie die schwalbenschwanzförniigen Nuten in der Praxis eingedreht werden sollen, noch ist ein solches Verfahren auf Zylinderköpfe von Dieselmotoren anwendbar, welche üblicherweise aus Gußeisen bestehen, da dieses Material von Uatur aus auf Druck hochbeanspruchbar ist, dagegen empfindlich auf Zugspannungen reagiert· Das genannte Verfahren ist somit den positiven Eigenschaften

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des normalerweise für Zylinderkopfe angewandten Gußeisen entgegengerichtet (DE-PS 2 002 785).

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, einen Ventilsteg mit verbesserten Qualitätseigenschaften herzustellen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die durch Wärmespannungen im Ventilsteg von Brennkraftmaschinen auftretenden Vehtilstegrisse zu vermeiden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Zylinderkopf im Bereich zwischen Ventilsitzen und einer dem· Brennraum zugewandten Oberfläche radial nach innen wirkenden Druckspannung ausgesetzt wird.

Durch dieses Verfahren wird im gesamten Gebiet einer durch Eemperaturwechselbelastung beanspruchten Oberfläche, insbesondere im Bereich zwischen den Ventilsitzen eine Druckvorspannung aufrechterhalten, um das Auftreten von Zugspannungen (Gußeigenspannungen bzw» Schrumpfspannungen der Sitzringe) generell zu verhindern. Das für Zylinderköpfe verwendete Gußeisen ist in der Lage, im Gebiet der Druckspannungen eine hohe Anzahl von Lastwechsel zu ertragen, nicht aber im Bereich der Zugspannungen,, Das'erfindungsgemäße Verfahren bringt somit die positiven Materialeigenschaften von Gußeisen dadurch zur Geltung, daß es durch aufgeprägte Druckvorspannungen das Auftreten von Zugspannungen ausschließt und damit zwangsläufig verbunden die Lebensdauer des Zylinderkopfes,

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jedenfalls was den Ventilsteg betrifft, beträchtlich erhöht. Der Y/erkstoff GGL für Zylinderköpfe ist in der Lage, bei Druckmittelspannung eine dieser überlagerte hohe Wechselspannung dauerfest zu ertragene Man kann dies aus den Smith-Diagrammen dieses Werkstoffes ersehen. Ohne eine Druckmittelspannung sind die zu ertragenden Wechselspannungen sehr gering, was die Zerstörung eines so belasteten Bauteiles verursacht. Trotz der getroffenen Maßnahmen zur Erzielung einer Druckmittelspannung kann es an der Brennraumseite des Zylinderkopfes bedingt durch Kriechvorgänge (Oberflächentemperatur 700 K) während einer Abkühlungsperiode zu Zugrestspannungen kommen und Anlaß sum Stegriß geben. Allerdings bleibt der Stegriß auf die Brennraumoberfläche begrenzt und wird nicht tief eindringen, da sehr schnell die für das Kriechen des Werkstoffes maßgebende !Temperatur unterschritten wird. Die Rißlänge bleibt so auf eine dünne Oberflächenschicht begrenzt.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht darin, daß dieselbe als ein dem Zylinderkopf im Bereich der Ventilsitze und konzentrisch zur Achse eines Zylinders aufgeschrumpfter Kreisring ausgebildet ist.

Diese Vorrichtung beinhaltet den Vorteil, daß mit einer einfachen aber zuverlässigen Maßnahme eine stetige wirkende Druckspannung im Bereich zwischen den Ventilen und der dem Brennraum zugewandten Seite des Zylinderkopfes garantiert werden kann»

Erst durch diese erfindungsgemäße Vorrichtung können im Ventilsteg Spannungszustände eingestellt werden, welche die Durchführimg des Verfahrens nach Anspruch 1 erst voll gewährleisten.

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Ausführungsbeispiel

Die Erfindung.soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen;

Pig· ·1: eine Draufsicht auf den Zylinderkopf von der Brennraumseite,

Pig· 2: einen Schnitt II-II durch den Zylinderkopf mit aufgeschrumpftem Kreisring,

Pig· 3: Smith-Diagramm für das bei Zylinderköpfen verwendete Gußeisen,»

Wie die Pig· 1 und 2 zeigen, wird dem Zylinderkopf 1 auf einem konzentrischen zur Zylinderachse ausgeführten Absatz 2 ein Kreisring 3 warm aufgeschrumpft und dieser ' führt nach einer Abkühlung zu Druckspannungen innerhalb des gesamten im Kreisring 3 liegenden Gebiet des Zylinderkopfes 1, insbesondere auch im Ventilsteg· Der durch den Schrumpfdruck wirksame Außendruck auf den Zylinderkopf 1 ist in Pig. 1 mit Pfeilen angedeutet.

Pig, 3 zeigt ein Smith-Dauerfestigkeitsschaubild, aus dem deutlich die Abhängigkeit der Wechselfestigkeit als Punktion der Mittelspannung hervorgeht« Bei Zugmittel-Spannung kann ds.uerh.aft nur eine geringe Wechselfestigkeit ertragen v/erden· Diese an sich im Vergleich zu Stahl negative Werkstoffeigenschaft des Gußeisens trägt wesentlich zur Bildung der Ventilstegrisse bei· Wird durch das erfindungsgernäße Verfahren und die Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens dem gefährdeten Bereich

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des Ventilsteges eine Druckvorspannung aufgeprägt, so wird die aus dein Diagramm einwandfrei entnehmbare positive Eigenschaft des Werkstoffes Gußeisen genützt_β Diese Eigenschaft besteht in der hohen Dauerwechselfestigkeit bei Druckvorspannung·

Claims

-6- 17.S.1979 WP P 02 P/212 55 .455/28 Erfindungsanspruch

1» Verfahren zum Verhindern von VentilstegriBsen im
Zylinderkopf von Brennkraftmaschinen, gekennzeichnet dadurch, daß der Zylinderkopf (1) im Bereich zwischen Ventilsitzen und einer dem Brennraum zugewandten Oberfläche radial nach innen wirkenden Druckspannungen ausgesetzt wird*

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach
Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß dieselbe als ein dem Zylinderkopf (1) im Bereich der Ventilsitze (5) und konzentrisch zur Achse eines Zylinders
aufgeschrumpfter Kreisring (3) ausgebildet ist«

Hierzu 2 Seiten Zeichnung