Ventile und Ventilzubehör

 

Materialien

Ventilführungen werden aus Werkstoffen mit guten Gleit- und Wärmeleiteigenschaften hergestellt. Es haben sich dabei Grauguss- und Messingwerkstoffe mit ausgesuchten Legierungsbestandteilen besonders bewährt.

Grauguss			Kupfermaterial	Kupfersonderlegierungen
Werkstoffe	G1	G2	B1	B2	B3, B4
Beschreibung	Grauguss mit perlitischem Gefüge	Grauguss mit perlitischem Grundgefüge und erhöhtem Phosphoranteil	CuZnAI-Legierung	CuNiSi-Legierung	Metalloidhaltige Sonderlegierungen, T-Hedul-Legierungen
Kraftstoffart	Otto (bleifrei), Diesel	Otto (bleifrei), Diesel, CNG, LPG	Otto (bleifrei), Diesel	Otto (bleifrei)	Otto (bleifrei)
Motoren	Pkw-Motoren mit normaler Beanspruchung	Pkw-/Nfz-Motoren mit mittlerer Beanspruchung	Pkw-Motoren mit  normaler und mittlerer Beanspruchung	Pkw-Motoren mit  wechselnder und schlagartiger Beanspruchung	Pkw-Motoren mit sehr hoher Beanspruchung
Eigenschaften	gute Verschleißfestigkeit	Erhöhter Verschleißwiderstand, bessere Notlaufeigenschaften	gute Verschleißfestigkeit bei hoher Gleiteigenschaft	sehr hoher Verschleißwiderstand bei gleichzeitig guter Wärmeleit- fähigkeit	hohe Wärmeleitfähigkeit, hohe Beständigkeit bei mechanischer und chemischer Beanspruchung bei der Verbrennung

 

G1

Grauguss mit perlitischem Gefüge. Dieser Werkstoff zeichnet sich durch eine gute Verschleißfestigkeit aus und eignet sich für Führungen mit normalen Beanspruchungen.

G2

Grauguss mit perlitischem Grundgefüge und erhöhtem Phosphoranteil. Die netzförmige Ausbildung des Phosphors ergibt einen erhöhten Verschleißwiderstand und bessere Notlaufeigenschaften. Für den Einsatz in Motoren mittlerer Beanspruchung.

B1

CuZnAl-Legierung. Dieser Werkstoff zeichnet sich durch eine gute Verschleißfestigkeit bei hoher Gleiteigenschaft aus. Die Führung eignet sich für den Einsatz in Motoren mit normaler und mittlerer Beanspruchung.

B2

CuNiSi-Legierung. CuNiSi – auch Koprodur genannt – bietet einen sehr hohen Verschleißwiderstand bei gleichzeitig guter Wärmeleitfähigkeit. Diese Eigenschaften bieten in Kombination mit der hohen Wärmhärte die ideale Materialzusammensetzung für Ventilführungen mit wechselnder und schlagartiger Beanspruchung.

B3 und B4

Metalloidhaltige Sonderlegierung. Die angebotenen Thermo-Hedul (kurz: T-Hedul) Werkstoffe sind durch ihre hohe Wärmeleitfähigkeit und Beständigkeit gegenüber den bei Verbrennung auftretenden mechanischen und chemischen Beanspruchungen besonders zur Herstellung von Ventilführungen mit sehr hoher Beanspruchung geeignet. Einlassventilführungen werden aus Thermo-Hedul E (B3) gefertigt. Für die Auslassventilführung wird aufgrund der höheren Wärmebelastung der härtere Werkstoff Thermo-Hedul FS (B4) verwendet.

Ventilführungen - Einbau

Technischer Hintergrund

Im Zylinderkopf wird die Ventilführung durch einen Presssitz in ihrer Position festgehalten. Die Ventilführung wird beim Einpressen in die Gehäusebohrung des Zylinderkopfs radial eingeschnürt. Die Gehäusebohrung hingegen wird aufgeweitet. Das Ausmaß dieser Verformung hängt einerseits vom Verhältnis zwischen Gehäusebohrungsdurchmesser und Außendurchmesser der Führung sowie andererseits von der Steifigkeit der beiden Bauteile ab. Gibt es starke Unterschiede in der Steifigkeit der Gehäusewand, so kann die radiale Verformung im Verlauf ihrer Länge sehr unterschiedlich sein.

Montage

Beim Ein- und Ausbauen der Ventilführungen auf die richtige Erwärmung des Zylinderkopfs achten (Angaben der Motorenhersteller!). Für den Ein- und Ausbau geeignete Montagedorne verwenden. Ein zusätzliches Abkühlen der Ventilführungen erleichtert die Montage erheblich.

Nach der Montage

Vor dem Einbau eines Ventils in die Ventilführung wird gemessen, ob die Bohrung der Ventilführung noch zylindrisch ist, d.h. an allen Stellen den erforderlichen Durchmesser hat. Motorservice empfiehlt generell die Bohrung durch Ausreiben mit einer Reibahle in Durchmesser und Form zu korrigieren.

Richtwerte für das Einbauspiel zwischen Ventilführung und Ventilschaft:

Ventilschaftdurchmesser	Spiel: Einlaßventile	Spiel: Auslaßventile
6 bis 7 mm	10 - 40 μm	25 - 55 μm
8 bis 9 mm	20 - 50 μm	35 - 65 μm
10 bis 12 mm	40 - 70 μm	55 - 85 μm

Ventilbauarten

Einlaßventil

• Mono-Metall Ventil
• Mono-Metall Ventil mit Sitzhärtung
• Mono-Metall Ventil mit Sitzpanzerung
• Bi-Metall Ventil
• Bi-Metall Ventil mit Sitzpanzerung

Auslaßventil

• Mono-Metall Ventil,
• Mono-Metall Ventil mit Sitzpanzerung,
• Bi-Metall Ventil,
• Bi-Metall Ventil mit Sitzpanzerung

Mono-Metall

Mono-Metall Ventile werden aus nur einem Werkstoff hergestellt. Dabei wird ein Werkstoff ausgewählt, der für beide Anforderungsprofile geeignet ist, nämlich hohe Warmfestigkeit und gute Gleiteigenschaft.

Bi-Metall Ventil

Bi-Metall Ventile erlauben die Materialpaarung eines hochwarmfesten Werkstoffs (Kopfstück) mit einem Schaftmaterial, welches sich einerseits härten lässt (Schaftende) und darüber hinaus noch gute Gleiteigenschaften zur Ventilführung besitzt. Die Verbindung der Materialien erfolgt mittels Reibschweißen.

Umgang mit natriumgefüllten Hohlventilen

Das Bearbeiten und Aufschneiden von natriumgefüllten Hohlventilen bedarf entsprechender Vorsicht. Es muss darauf geachtet werden, dass der Hohlraum nicht versehentlich geöffnet wird, da Natrium mit Wasser bzw. mit Bohr- und Schleifemulsion heftig reagiert. Bei der ablaufenden Reaktion von Natrium und Wasser entsteht Wasserstoff und Natronlauge.

Untersuchung und Entsorgung

Hohlventile in Kleinmengen können auf die übliche Art und Weise verschrottet werden. Es sind keine besonderen Vorschriften zu beachten. Sollen natriumgefüllte Ventile untersucht oder in größerer Menge entsorgt werden ist der Hohlraum, ohne Verwendung von Kühlmittel, entweder durch Anbohren an zwei Stellen oder durch mittiges Trennen des Ventils zu öffnen. Die so vorbereiteten Ventile werden einzeln in einen mit Wasser gefüllten Eimer geworfen um das Natrium unschädlich zu machen. Nach Ablauf der Reaktion können die Ventile auf normale Art und Weise verschrottet werden. Die Entsorgung der zurückbleibenden Natronlauge erfolgt nach den jeweiligen örtlichen Bestimmungen.

Sicherheitshinweise:

Aufgrund der mitunter heftigen Reaktion und der Freisetzung von Wasserstoff bei der Reaktion von Natrium mit Wasser, sollte das Unschädlichmachen der Ventile nur in gut gelüfteten Räumen oder im Freien geschehen. Haut- und Augenkontakt ist in jedem Fall zu vermeiden. Der Umgang mit Natrium darf daher nur durch entsprechend geschultes Personal nur mit entsprechender Schutzkleidung (Handschuhe, Schutzbrille etc.) erfolgen. Es sind die üblichen Sicherheitsbestimmungen beim Umgang mit aggressiven und ätzenden Stoffen und explosiven Gasen zu beachten.

Das Ventilschaftende

Das Ventilschaftende erfährt hohe Beanspruchung durch die Ventilbetätigung (Kipphebel, Schlepphebel, Stößel). Um an dieser Stelle Verschleiß zu vermeiden, werden Ventilschaftenden aus einem härtbarem Stahl gehärtet. Ventilschaftenden aus nicht härtbarem Stahl erhalten eine Panzerung aus Stellit oder bekommen ein gehärtetes Plättchen aufgeschweißt.

Einbau

Von einem korrekten Einbau hängt stark die Lebensdauer der Ventile und somit die Funktionsfähigkeit des Motors ab. Bei der Montage sollten immer auch die Einbaurichtlinien und Einstellwerte der Motorenhersteller beachtet werden.

Arbeitssorgfalt

Ventile sind sorgsam zu behandeln. Ventile dürfen weder mit Schmirgelpapier bearbeitet noch mit Körner oder Schlagzahlen auf dem Tellerboden markiert werden.

Montage

Für die Montage des Ventils in den Zylinderkopf ist geeignetes Werkzeug zu verwenden. Beim Einbau neuer Ventile sind stets auch neue Klemmstücke zu verwenden. Der Innenkonus des Ventilfedertellers ist auf Verschleiß und Beschädigung zu prüfen. Die Ventilfederkraft ist auf die Grenzwertangaben des Motorenherstellers zu prüfen.

Materialien

In den neuesten Motorengenerationen namhafter KFZ-Hersteller werden Ventilsitzringe aus gesinterten Werkstoffen (pulvermetallurgisches Verfahren) verwendet. Die zunehmend hohe, thermische und mechanische Beanspruchung des Sitzringes im Brennraum kann mit Werkstoffen aus herkömmlichen Gießverfahren kaum noch bewerkstelligt werden.

Aus diesem Grunde bietet Motorservice gesinterte und Stellite Ventilsitzringe aus verschiedenen Werkstoffkombinationen an, welche die gesamte Anwendungspalette bestehender und zukünftiger Motoren abdeckt. 

Sintermetall-Matrix / Kobalt-Matrix

Sintermetall-Matrix				Kobalt-Matrix
Werkstoffe	HM	HT	HT+	HCR	G7	HWR
Kraftstoffart/ Verbrennung	Otto (bleifrei), Diesel	Otto (bleifrei), Diesel	CNG, LPG, Flex Fuel, Propangas	CNG, LPG, Flex Fuel, Propangas	Otto (bleifrei), Diesel, CNG, LPG, Flex Fuel	CNG, LPG, Flex Fuel, Propangas
Materialien Zylinderkopf	Aluminium, Grauguss	Aluminium, Grauguss	Aluminium, Grauguss	Aluminium, Grauguss	Aluminium, Grauguss	Aluminium, Grauguss
Motoren	Leistungsarme Otto- und Dieselmotoren mit geringer bis normaler Bean-spruchung	leistungsstarke, hoch-aufgeladene und hoch beanspruchte Otto- und Dieselmotoren	Gasanwendungen wie LPG, CNG, Propangas, Flex Fuel	Gasanwendungen wie LPG, CNG, Propangas, Flex Fuel	hoch beanspruchte, leistungsgesteigerte Motoren, Gasanwendungen wie LPG, CNG, Flex Fuel	Gasanwendungen wie LPG, CNG, Propangas, Flex Fuel
Eigenschaften	sehr gute Zerspanbarkeit	gute Zerspanbarkeit, hohe Temperaturfestigkeit	sehr hohe Temperatur- und Verschleißfestigkeit	sehr hohe Temperatur- und Verschleißfestigkeit, hohe Korrosionsbeständigkeit	hohe Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit	verbesserte Temperatur- und Verschleißfestigkeit, verminderte Reibung

HM-Serie semi finished

(High Machinability - sehr gute Zerspanbarkeit)
Diese Werkstoffkombination zeichnet sich durch ihre hervorragende Zerspanbarkeit aus. Der gesinterte HM-Ventilsitzring besitzt eine genau auf die Beanspruchung abgestimmte Zusammensetzung aus Wolframkarbid, eingebettet in legiertem Stahl. Somit können bisher nicht mögliche Kombinationen von Werkstoffeigenschaften wie hohe Härte und sehr gute Zerspanbarkeit miteinander vereint werden. Zudem besitzt die HM-Serie einen guten Verschleißwiderstand und eine gute Warmfestigkeit. Entwickelt wurde die HM-Serie für Saug- und Turbo-Motoren vom unteren bis zum oberen Leistungssegment.

HT-Serie semi finished

(High Temperature Resistance - sehr hohe Temperaturfestigkeit)
Diese Werkstoffkombination zeichnet sich durch ihren hohen Verschleißwiderstand aus, welcher auch bei extrem hohen Temperaturen Bestand hat. Der gesinterte HT-Ventilsitzring entspricht einem keramischen Werkzeugstahl aus Wolframkarbid, in dessen Matrix entsprechend abgestimmte, hochtemperaturfeste Zusatzstoffe eingebettet sind. Aufgrund der hohen Menge an fest eingebetteten Gleitmitteln sind diese Ringe besonders geeignet für leistungsstarke, hochaufgeladene und hochbeanspruchte Otto- und Dieselmotoren. Trotz der hohen Beanspruchung dieser Motoren wird das "Microverschweißen" vom Ventilsitzring mit dem Ventil verhindert. Das Einsatzgebiet des HT-Ventilsitzringes schließt besonders hochbeanspruchte Motoren ein. Entwickelt wurde dieses Material für trockene Kraftstoffe wie CNG, LPG und Flex Fuel.

HT+ Serie semi finished

(High Temperature and High Wear Resistance - sehr hohe Temperatur- und Verschleißfestigkeit)
Diese Werkstoffkombination zeichnet sich durch ihren sehr hohen Verschleißwiderstand aus, welcher auch bei extrem hohen Temperaturen Bestand hat. Die Materialzusammensetzung der HT+ Ventilsitzringe ist darauf abgestimmt, dass sich trotz erhöhter Verschleißfestigkeit, eine mittlere Beanspruchung des Schneidmaterials und eine vereinfachte Bearbeitung ergibt. Die Kombination des keramischen Werkzeugstahls aus Wolframkarbid und der sehr hohen Menge an fest eingebetteten Gleitmitteln eignet sich besonders für trockene Verbrennungen, welche bei Gasanwendungen wie LPG, CNG, Propangas und Flex Fuel auftreten. Eine weitere Nutzung für leistungsstarke Otto- und Dieselmotoren ist beispielsweise auch möglich. Zudem zeichnet den HT+ Ventilsitzring eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit aus und trotz der hohen Beanspruchung dieser Motoren wird das "Microverschweißen" vom Ventilsitzring mit dem Ventil verhindert.

HCR-Serie

(High Corrosion Resistance – hohe Korrosionsbeständigkeit)
Diese Werkstoffkombination zeichnet sich durch ihre sehr hohe Temperatur- und Verschleißfestigkeit sowie durch hohe Korrosionsbeständigkeit aus. Das Material wurde für den Einsatz in Gasanwendungen wie LPG, CNG, Propangas und Flex Fuel Anwendungen entwickelt.

G7-Serie

(hohe Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit)
Die G7-Serie besteht aus einer kobaltbasierten Legierung mit hoher Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit in Schwerlast-Einlassanwendungen und Hochtemperatur-Auslassanwendungen. Die G7-Serie wurde für den Einsatz in hoch beanspruchten Motoren, leistungsgesteigerten Motoren und Gasmotoren (CNG, LPG) entwickelt. G7 Ventilsitzringe besitzen eine hohe Verschleißfestigkeit und zeichnen sich durch hohe Korrosionsbeständigkeit aus.

HWR-Serie

(High Wear Resistance - Hohe Verschleißfestigkeit)
Diese Werkstoffkombination zeichnet sich durch eine verbesserte Temperatur- und Verschleißfestigkeit sowie durch verminderte Reibung aus. Das Material wurde für den Einsatz in Gasanwendungen wie LPG, CNG, Propangas und Flex Fuel Anwendungen entwickelt.

Graugussventilsitzringe

Grauguss
Werkstoffe	G1	G2	G3	G4	G5, G6
Kraftstoffart/ Verbrennung	Otto (bleifrei), Diesel	Otto (bleifrei), Diesel, CNG, LPG, Flex Fuel	Otto (bleifrei), Diesel, CNG, LPG, Flex Fuel	Otto (bleifrei), Diesel, CNG, LPG, Flex Fuel	Otto (bleifrei), Diesel, CNG, LPG, Flex Fuel
Materialien Zylinderkopf	Aluminium, Grauguss	Aluminium, Grauguss	Aluminium, Grauguss	Aluminium, Grauguss	Aluminium, Grauguss
Motoren	Saugmotoren, Turbomotoren	Hoch beanspruchte Motoren, leistungsgesteigerte Motoren, alle o.g. Gasmotoren	hoch beanspruchte Motoren, leistungsgesteigerte Motoren, alle o.g. Gasmotoren	hoch beanspruchte Motoren, leistungsgesteigerte Motoren, alle o.g. Gasmotoren	hoch beanspruchte Motoren, leistungsgesteigerte Motoren, alle o.g. Gasmotoren
Eigenschaften	hohe Temperatur- festigkeit	hohe Verschleißfestigkeit	hohe Temperatur- und Verschleißfestigkeit	hohe Temperatur- und Verschleißfestigkeit, hohe Oxida-tionsbeständigkeit	hohe Temperatur- und Verschleißfestigkeit, hohe Deformationsbeständigkeit (G5) / hohe Relaxationsbeständigkeit (G6)

G1-Serie finished

(Hochwarmfest)
Die G1-Serie besteht aus einer hochwarmfesten Grauguss Legierung mit Zusätzen von Chrom und Molybdän. Die G1-Serie ist für einen großen Anwendungsbereich entwickelt worden und wird hauptsächlich bei Nutzfahrzeugen eingesetzt. Dieser Ventilsitzring besitzt eine genau auf die Beanspruchung abgestimmte Zusammensetzung aus angelassenen Martensit mit einem ausgeprägten Karbidnetz. Somit besitzt dieser Ventilsitzring eine gute Verschleißfestigkeit und ist hochwarmfest.

G2-Serie finished

(Hochverschleißfest)
Die G2-Serie besteht aus einer hochverschleißfesten Grauguss Legierung mit hohen Anteilen von Molybdän und Vanadin. Diese Werkstoffkombination zeichnet sich durch ihren hohen Verschleißwiderstand aus, welcher auch bei sehr hohen Temperaturen Bestand hat. Er ist ein hochlegierter Werkstoff mit einem gut ausgeprägten, geschlossenen Netz von Misch- bzw. Sonderkarbiden in einer martensitischen Matrix und gleichmäßig verteilten Festschmierstoffanteilen. 

G3-Serie

(Hochhitzeverschleißfest)
Die G3-Serie besteht aus einer hochhitzeverschleißfesten Grauguss Legierung. Die G3-Serie wurde für den Einsatz in hoch beanspruchten Motoren, leistungsgesteigerten Motoren und Gasmotoren (CNG, LPG) entwickelt. G3 Ventilsitzringe besitzen eine hohe Temperatur- und Verschleißfestigkeit.

G4-Serie

(Hohe Oxidationsbeständigkeit)
Die G4-Serie besteht aus einer Grauguss Legierung mit hoher Oxidationsbeständigkeit. Die G4-Serie wurde für den Einsatz in hoch beanspruchten Motoren, leistungsgesteigerten Motoren und Gasmotoren (CNG, LPG) entwickelt. G4 Ventilsitzringe besitzen eine hohe Temperatur- und Verschleißfestigkeit und zeichnen sich durch hohe Oxidationsbeständigkeit aus. 

G5-Serie

(Hohe Deformationsbeständigkeit)
Die G5-Serie besteht aus einer Grauguss Legierung mit hoher Deformationsbeständigkeit. Die G5-Serie wurde für den Einsatz in hoch beanspruchten Motoren, leistungsgesteigerten Motoren und Gasmotoren (CNG, LPG) entwickelt. G5 Ventilsitzringe besitzen eine hohe Temperatur- und Verschleißfestigkeit und zeichnen sich durch hohe Deformationsbeständigkeit aus.

G6-Serie

(Hohe Relaxationsbeständigkeit)
Die G6-Serie besteht aus einer Grauguss Legierung mit hoher Relaxationsbeständigkeit. Die G6-Serie wurde für den Einsatz in hoch beanspruchten Motoren, leistungsgesteigerten Motoren und Gasmotoren (CNG, LPG) entwickelt. G6 Ventilsitzringe besitzen eine hohe Temperatur- und Verschleißfestigkeit und zeichnen sich durch hohe Relaxationsbeständigkeit aus.
 

Achtung:

Extreme Einsatzbedingungen sowie hohe Belastungen des jeweiligen Motors müssen in Betracht gezogen werden und liegen im Verantwortungsbereich des Motoreninstandsetzers.

Die Auswahl der Spezifikation von Motorenteilen muss seitens des Motoreninstandsetzers sorgfältig geprüft werden.

Ventilsitzringe – Einbau

Einbauhinweise

Kolbenschmidt und TRW Engine Components Ventilsitzringe sind am Außendurchmesser fertig geschliffen. Das Maß für die Aufnahmebohrung im Zylinderkopf kann anhand der nachfolgenden Überdeckungstabelle ermittelt werden. Bei den Sintermetallventilsitzringen muss der Sitzwinkel nach dem Einsetzen bearbeitet werden. Die Gusssitzringe sind fertig bearbeitet.

Einsetzen der Sintermetallventilsitzringe

Achten Sie darauf, dass der einzusetzende Sitzring immer mit der Radiusseite nach unten montiert wird. Der Kolbenschmidt Sintermetallventilsitzring benötigt durch den Radius und durch den „Federeffekt“ des Sinterwerkstoffs keinen flüssigen Stickstoff zur Abkühlung der Sitzringe und keine Erwärmung des Zylinderkopfs, um die Ventilsitzringe in den Zylinderkopf einzupressen. Die Sitzringe werden mit einem entsprechenden Werkzeug bei Raumtemperatur eingepresst.

HINWEIS

Ein Austausch von Ventilsitzringen und Ventilen im Rahmen der Gasumrüstung stellt immer einen Eingriff in die originalen Motorspezifikationen dar. Ob die neuen Materialpaarungen harmonieren und sich die gewünschten Ergebnisse unter den geänderten Bedingungen einstellen, lässt sich im Vorfeld nur abschätzen. Extreme Einsatzbedingungen und die spezifischen Motorenbelastungen müssen in Betracht gezogen werden. Diese liegen im alleinigen Verantwortungsbereich des Motorenumrüsters.

ACHTUNG

Spezifikation des Ventils bei Umbauten beachten.