DE19721406A1

DE19721406A1 - Valve seat

Info

Publication number: DE19721406A1
Application number: DE1997121406
Authority: DE
Inventors: Osamu Kawamura; Teruo Takahashi; Arata Kakiuchi
Original assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Current assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Priority date: 1996-05-28
Filing date: 1997-05-22
Publication date: 1997-12-04
Also published as: GB9707409D0; JPH09317413A; GB2313651A

Abstract

A joined type valve seat has a coating layer of thickness of 10~m or less. The layer has a coefficient of thermal expansion of an intermediate value between the valve seat material and the cylinder head material. The surfaces of the valve seat contacting with the cylinder head are coated. Where the valve seat is made of Fe-base sintered alloy, the layer will have a coefficient of thermal expansion of 15 x 10 -6 - 25 x 10 -6 (1/K). Where the valve seat is made of Cu-base alloy, the layer will have a coefficient of thermal expansion of 18 x 10 -6 - 27 x 10 -6 (1/K). Where the seat is made of ceramics the layer will have a coefficient of thermal expansion of 10 x 10 -6 - 20 x 10 -6 (1/K). The coating will be a pure metal or alloy layer (e.g. Cu, Ag, Ni). The seat is joined to the cylinder head by welding. The cylinder head is preferably aluminium alloy.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Ventilsitz zur Verwendung bei einer Verbrennungsmaschine oder einem Verbrennungsmotor, und dabei speziell auch auf einen Ventilsitz, der mit dem Zylinderkopf einer Verbrennungsmaschine verbunden oder verbindbar ist.The invention relates to a valve seat for use in a Internal combustion engine or an internal combustion engine, and specifically also on a valve seat which is connected to the cylinder head of an internal combustion engine or is connectable.

In der bisher üblichen Technik werden beispielsweise Ventilsitze durch Pastsitz in einem Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors vorgesehen und dienen zum Abdichten des Verbrennungsgases sowie gleichzeitig auch zur Kühlung des jeweiligen Ventiles. In jüngster Zeit wurden aber auch in Hinblick auf höhere Leistungen und Geschwindigkeiten sowie im Hinblick auf die Gewichtsreduzierung bei Fahrzeugen Vielfach-Ventil-Strukturen bei Motoren entwickelt, so daß jeder Zylinder dann eine Vielzahl von Ansaug- und Abgasöffnungen aufweisen, die räumlich dicht beieinander angeordnet sind.In conventional technology, for example, valve seats are made by pasting in one Cylinder head of an internal combustion engine provided and serve to seal the Combustion gas and at the same time for cooling the respective valve. In Recently, however, also in terms of higher performance and Speeds as well as in terms of weight reduction in vehicles Multiple valve structures developed in engines, so that each cylinder then one Have a large number of intake and exhaust openings that are spatially close together are arranged.

In neuerer Zeit wurden auch Ventilsätze vorgeschlagen, die in dem Zylinderkopf eingefügt und mit diesem fest verbunden werden, um die Abstände zwischen den Ventilen zu verkleinern, um ein hohes Maß an Freiheit in der Konstruktion sicherzustellen, wie beispielsweise die Vergrößerung der Durchmesser der Ansaug- und Auslaßöffnungen, um die Wärmeabfuhr von dem jeweiligen Ventil und dessen Ventilsitz zu verbessern und somit die thermische Belastungen zu reduzieren usw.More recently, valve sets have been proposed that are in the cylinder head inserted and firmly connected to this to the distances between the Reduce valves to a high degree of freedom in the design ensure such as increasing the diameter of the intake and Outlet openings to remove heat from the respective valve and its valve seat to improve and thus reduce the thermal loads, etc.

Im Stand der Technik sind auch Sintermaterialien oder Sinterlegierung für die Verwendung von Ventilsätzen bekannt, beispielsweise aus "Japanese Patent Laid-open Gazette No. 25 959/1984", auf deren gesamter Inhalt hier ausdrücklich Bezug genommen wird. Diese Literaturstelle beschreibt gesinterte Legierungen für die Verwendung bei Ventilsitzen. Die gesinterten Legierungen enthalten einen großen Anteil an C, Ni, Cr, Mo, Co, sowie außerdem auch harte Partikel oder Bestandteile, die in der Matrixstruktur verteilt sind. Diese harten Partikel bestehen aus C-Cr-W-Co-Fe-Pulver oder aus Fe-Mo-Pulver. Es wurde auch diese gesinterten Legierungen mit in die Poren eingebrachtem Kupfer oder einer in die Poren eingebrachten Kupferlegierung für Ventilsitze verwendet, die dann hervorragende Eigenschaften bezüglich Festigkeit, Belastbarkeit und Abrieb- bzw. Verschleißfestigkeit aufweisen.The prior art also includes sintered materials or sintered alloys for the Use of valve sets known, for example from "Japanese Patent Laid-open Gazette No. 25 959/1984 ", the entire contents of which are expressly referred to here becomes. This reference describes sintered alloys for use with Valve seats. The sintered alloys contain a large proportion of C, Ni, Cr, Mo, Co, as well as also hard particles or components that are in the matrix structure are distributed. These hard particles consist of C-Cr-W-Co-Fe powder or Fe-Mo powder. These sintered alloys were also incorporated into the pores Copper or a copper alloy inserted in the pores is used for valve seats, which then have excellent properties in terms of strength, resilience and Have abrasion and wear resistance.

Würde ein einfügbarer bzw. verbindbarer Ventilsitz aus solchen herkömmlicherweise für die Herstellung von Ventilsitzen verwendeten Sintermaterialien oder Siner-Legierungen hergestellt, so können Risse im Ventilsitz beim Verbinden oder aber während des Betriebs des Motors auftreten. Derartige Risse verschlechtern die Dichtungseigenschaften des Ventilsitzes. Dies verhindert auch eine preiswerte Massenproduktion. Das Auftreten von Rissen im Vergleich zu durch Preßsitz gehaltenen Ventilsitzen ist u. a. durch die relativ kleine Form der verbindbaren Ventilsitze bedingt, sowie auch dadurch, daß die Festigkeitsgrenzen unter der Belastung beim Verbinden durch Widerstandsschweißen sowie auch beim Betrieb des Motors überschritten werden.Would an insertable or connectable valve seat conventionally for such the manufacture of valve seats using sintered materials or siner alloys manufactured, there may be cracks in the valve seat when connecting or during operation of the engine occur. Such cracks deteriorate the sealing properties of the Valve seat. This also prevents inexpensive mass production. The appearance of Cracks in comparison to valve seats held by press fit is u. a. through the relative small form of the connectable valve seats, and also in that the Strength limits under the load when joining by resistance welding as well as when operating the engine.

Um diese Probleme zu lösen, wird beispielsweise in der Literaturstelle "Japanese Patent Laid-open Gazette Nr. 189 628/1995", auf die bzw. der Inhalt hier Bezug genommen wird, ein Ventilsitz vorgeschlagen, der aus einer Legierung auf Cu-Basis oder aus einer Legierung auf Basis eines austenischen Eisens oder Stahles hergestellt ist, wobei der Ventilsitz in dem Zylinderkopf durch Widerstandsschweißen befestigt ist. Obwohl bei diesem Ventilsitz möglicherweise keine Risse beim Fügeprozeß oder aber während des Betriebs des Motors auftreten, werden für ihn eine sehr teuere Legierung bzw. sehr teuere Legierungs-Bestandteile benötigt, was einen erheblichen wirtschaftlichen Nachteil bedingt. Außerdem ist die Festigkeit, Widerstandsfähigkeit, Belastbarkeit und die Abrieb- und Verschleißfestigkeit nicht zufriedenstellend.To solve these problems, for example, in the reference "Japanese Patent Laid-open Gazette No. 189 628/1995 ", to the or the content referred to here is proposed a valve seat made of a Cu-based alloy or of a Alloy is made on the basis of an austenitic iron or steel, the Valve seat is fixed in the cylinder head by resistance welding. Although at this valve seat may have no cracks during the joining process or during the Operation of the engine occur, become a very expensive alloy or very expensive Alloy components needed, which is a significant economic disadvantage conditionally. In addition, the strength, resilience, resilience and the Abrasion and wear resistance unsatisfactory.

Aufgabe der Erfindung ist es, die oben genannten Nachteile zu vermeiden und einen verbesserten Ventilsitz aufzuzeigen, der hinsichtlich Festigkeit, Belastbarkeit und Abrieb- und Verschleißfestigkeit optimal ist, insbesondere auch derart, daß das Auftreten von Rissen beim Füge- oder Verbindungsprozeß sowie beim Betrieb des Motors vermieden ist. Dementsprechend wird mit der Erfindung ein Ventilsitz zum Befestigen in einem aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellten Zylinderkopf einer Verbrennungsmaschine bzw. eines Verbrennungsmotors mit Hilfe von Widerstandsschweißen vorgeschlagen, wobei der Ventilsitz aus einer gesinterten Legierung auf Fe-Basis hergestellt ist und eine Beschichtung oder einen Überzug aus einem reinen Metall oder einer Metall-Legierung an wenigstens denjenigen Flächen aufweist, die mit dem Zylinderkopf in Kontakt stehen, wobei die Beschichtung aus dem reinen Metall oder der Legierung eine Dicke von 10 µm oder kleiner sowie einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 15 × 10^-6 bis 25 × 10^-6 (1/K) besitzt.The object of the invention is to avoid the disadvantages mentioned above and to show an improved valve seat which is optimal in terms of strength, resilience and abrasion and wear resistance, in particular also in such a way that the occurrence of cracks during the joining or connecting process and during engine operation is avoided. Accordingly, the invention proposes a valve seat for fastening in a cylinder head made of aluminum or an aluminum alloy of an internal combustion engine or an internal combustion engine with the aid of resistance welding, the valve seat being produced from a sintered Fe-based alloy and having a coating or a coating has a pure metal or a metal alloy on at least those surfaces which are in contact with the cylinder head, the coating made of the pure metal or the alloy having a thickness of 10 μm or less and a coefficient of thermal expansion of 15 × 10 ^-6 to 25 × 10 ^-6 (1 / K).

Der Ventilsitz kann dann auch aus einer Cu-infiltrierten gesinterten Legierung auf Fe-Basis oder aus einer gesinterten Legierung aus Fe-Basis hergestellt sein, bei der die Poren mit Kupfer oder einer Kupferlegierung abgedichtet sind. Weiterhin kann der Ventilsitz aus einem gegossenem Eisen oder Stahl oder aus einem Guß- oder Blockmaterial oder einem kontinuierlich gegossenen oder gezogenen Material aus einer Ni-Basis-Legierung hergestellt sein.The valve seat can then also be made of a Cu-infiltrated sintered alloy based on Fe or be made of a sintered Fe-based alloy, in which the pores with Copper or a copper alloy are sealed. Furthermore, the valve seat can a cast iron or steel or from a cast or block material or one continuously cast or drawn material made of a Ni-based alloy be made.

Die Erfindung sieht weiterhin einen Ventilsitz Verbinden mit dem aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellten Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors mit Hilfe des Widerstandsschweißens vor, wobei der Ventilsitz dadurch gekennzeichnet ist, daß er aus einer Cu-Basis-Legierung hergestellt ist und einer Beschichtung aus Metall oder einer Legierung zumindest an denjenigen Flächen aufweist, die mit dem Zylinderkopf oder dessen Material in Kontakt stehen, wobei die Beschichtung aus dem reinen Metall oder der Legierung eine Dicke von 10 µm oder kleiner sowie einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 18 × 10^-6 bis 27 × 10^-6 (1/K) aufweist.The invention further provides a valve seat connecting to the cylinder head of an internal combustion engine made of aluminum or an aluminum alloy by means of resistance welding, the valve seat being characterized in that it is made of a Cu-based alloy and a coating of metal or an alloy at least on those surfaces that are in contact with the cylinder head or its material, the coating of the pure metal or the alloy having a thickness of 10 μm or less and a thermal expansion coefficient of 18 × 10 ^-6 to 27 × 10 ^-6 ( 1 / K).

Weiterhin sieht die Erfindung einen Ventilsitz zum Verbinden mit dem aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellten Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors mit Hilfe des Widerstandsschweißens vor, wobei der Ventilsitz dadurch gekennzeichnet ist, daß er aus keramischen Material gefertigt ist und eine Beschichtung aus reinem Metall oder einer Legierung zumindest an denjenigen Flächen aufweist, die mit dem Zylinderkopf oder dessen Material in Berührung stehen, wobei die Metallschicht oder die Schicht aus der Legierung eine Dicke von 10 µm oder kleiner sowie einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 10 × 10^-6 bis 20 × 10^-6 (1/K) aufweist.Furthermore, the invention provides a valve seat for connecting to the cylinder head of an internal combustion engine made of aluminum or an aluminum alloy with the aid of resistance welding, the valve seat being characterized in that it is made of ceramic material and at least on a coating of pure metal or an alloy has those surfaces which are in contact with the cylinder head or its material, the metal layer or the layer of the alloy having a thickness of 10 μm or less and a coefficient of thermal expansion of 10 × 10 ^-6 to 20 × 10 ^-6 (1 / K ) having.

Der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, daß die Risse, die beim Widerstandsschweißen sowie beim Betrieb des Motors auftreten könnten, von der unterschiedlichen Wärmeausdehnung zwischen dem Ventilsitz und dem Zylinderkopf beim Erhitzen und Abkühlen des Motors oder während des Fügeprozesses beim Widerstandsschweißen herrühren, und wegen des unterschiedlichen thermischen Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Material des Zylinderkopfes und dem Material des Ventilsitzes. Dementsprechend wird eine Beschichtung an den Flächen des Ventilsitzes, die mit dem Zylinderkopf oder des Material in Berührung stehen, vorgesehen, um Risse oder Rißbildungen im Ventilsitz zu vermeiden. Der Wärmeausdehnungskoeffizient dieser Beschichtung liegt (z. B. etwa in der Mitte) zwischen dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Ventilsitzes bzw. des Materials des Ventilsitzes und dem Zylinderkopf bzw. dem Material des Zylinderkopfes. Es stellt sich hierbei als neuartige Erkenntnis heraus, daß dann, wenn der Ventilsitz mit einer solchen Beschichtung an den mit dem Zylinderkopf in Kontakt kommenden Flächen versehen ist, beim Einfügen in den aus der Aluminiumlegierung bestehenden Zylinderkopf durch Widerstandsschweißen Arten von intermetallischen Verbindungen mit der Aluminiumlegierung gebildet werden, und zwar an den Anschlußflächen, durch die die Verbindungsfestigkeit verbessert und der Unterschied in der thermischen Expansion zwischen dem Zylinderkopf und den Ventilsitz reduziert wird und damit das Auftreten von Rissen verhindert ist.The invention is based on the finding that the cracks that Resistance welding and operation of the engine could occur from the different thermal expansion between the valve seat and the cylinder head when heating and cooling the motor or during the joining process Resistance welding comes from, and because of the different thermal Coefficient of thermal expansion between the material of the cylinder head and the Valve seat material. Accordingly, a coating on the surfaces of the Valve seat that is in contact with the cylinder head or the material, provided to avoid cracks or tears in the valve seat. Of the Coefficient of thermal expansion of this coating is (e.g. approximately in the middle) between the thermal expansion coefficient of the valve seat or the material of the valve seat and the cylinder head or the material of the cylinder head. It puts turns out to be a new finding that when the valve seat with a such coating on the surfaces coming into contact with the cylinder head is provided when inserting into the aluminum alloy Cylinder head using resistance welding using types of intermetallic compounds the aluminum alloy are formed, namely at the pads through which the connection strength improves and the difference in thermal expansion between the cylinder head and the valve seat is reduced and thus the occurrence is prevented from cracks.

Die Erfindung basiert auf diesen vorstehend erwähnten Erkenntnissen. Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:The invention is based on these findings mentioned above. The invention will explained in more detail below with reference to the figures using exemplary embodiments. Show it:

Fig. 1 eine schematische Ansicht, die die Verbindungssituation beim Anbringen eines Ventilsitzes in dem Zylinderkopf durch Widerstandsschweißen wiedergibt; Figure 1 is a schematic view showing the connection situation when attaching a valve seat in the cylinder head by resistance welding.

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Prüfanlage; Fig. 2 is a schematic representation of an inspection system;

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Temperaturmeßposition eines Musters in der Prüfanlage. Fig. 3 is a schematic representation of a temperature measurement position of a sample in the test system.

Die Erfindung und vorteilhafte Details der Erfindung werden nachstehend näher unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben.The invention and advantageous details of the invention are described in more detail below Described with reference to exemplary embodiments.

Der als einfügbarer Ventilsitz ausgebildete Ventilsitz der vorliegenden Erfindung ist durch Bearbeitung oder Formen eines Materials in einer bestimmten oder vorgegebenen Form hergestellt und in einem Zylinderkopf aus einer Aluminiumlegierung durch Widerstandsschweißen befestigt. Obwohl das Widerstandsschweißen eine bevorzugte Methode zum Verbinden darstellt, können auch andere Methoden, wie beispielsweise Reibenschweißung oder Elektronenstrahlschweißen usw. verwendet werden.The valve seat of the present invention designed as an insertable valve seat is through Processing or shaping a material in a specific or predetermined form manufactured and in a cylinder head made of an aluminum alloy Resistance welding attached. Although resistance welding is a preferred one Method of connecting represents other methods, such as Friction welding or electron beam welding etc. can be used.

Der Ventilsitz der Erfindung besitzt eine einen Überzug bildende Schicht mit einer Dicke von etwa 10 µm oder kleiner, die wenigstens an demjenigen Oberflächen des Ventilsitzes vorgesehen ist, die mit dem Zylinderkopf in Berührung stehen. Es versteht sich, daß eine solche Beschichtung auch auf andere Oberflächen, die nicht mit dem Zylinderkopf in Berührung stehen, aufgebracht werden kann.The valve seat of the invention has a coating layer with a thickness of about 10 microns or less, at least on those surfaces of the valve seat is provided, which are in contact with the cylinder head. It is understood that a such coating also on other surfaces that are not in with the cylinder head Stand in touch, can be applied.

Wenn der Ventilsitz, der mit der Beschichtung versehen ist, in den Zylinderkopf aus Aluminium eingesetzt und dort verbunden wird, und zwar durch Widerstandsschweißen, werden verschiedene zwischenmetallische Verbindungen bzw. Legierungen kombiniert mit der Aluminiumlegierung gebildet, und zwar an den anschließenden und miteinander verbundenen Oberflächen. Dies führt zu einer Verbesserung der Verbindungswirkung und reduziert die thermische Ausdehnung bzw. Belastung zwischen dem Zylinderkopf und dem Ventilsitz, wodurch das Auftreten von Rissen vermieden wird.If the valve seat, which is provided with the coating, into the cylinder head Aluminum is used and connected there, by resistance welding, different intermetallic compounds or alloys are combined formed with the aluminum alloy, namely on the subsequent and with each other connected surfaces. This leads to an improvement in the connection effect and reduces the thermal expansion or load between the cylinder head and the valve seat, thereby preventing the occurrence of cracks.

Wenn die Dicke der erwähnten Beschichtung 10 µm übersteigt, begibt sich zusätzlich zu der Schicht aus der intermetallischen Verbindung bzw. Legierung eine weitere Schicht aus dem Beschichtungsmaterial an den miteinander verbundenen oder aneinander anschließenden Abschnitten, was zu ungleichen Strukturen an den Verbindungsbereichen führt. Aufgrund des Vorhandenseins einer solchen Schicht nur aus Beschichtungsmaterial bildet sich durch den Anpreß- bzw. Einpreßdruck beim Widerstandsschweißen eine plastische Flußschicht. Diese führt zu einer Reduzierung der Festigkeit, so daß dem entsprechend auch Risse leicht bei der Herstellung der Verbindung durch Schweißen oder aber während des Betriebes des Motors auftreten können. Aus diesem Grund beträgt die oberste Grenze der Dicke der Beschichtung 10 µm. Die Beschichtung, die an den Oberflächen des Ventilsitzes erzeugt wird, ist eine reine Metallschicht oder eine Schicht aus einer Legierung, die (Metallschicht oder Legierung) einen thermischen Wärme-Aus dehnungskoeffizienten aufweist, welcher dem Material des Ventilsitzes entspricht. Eine solche reine Metallschicht ist beispielsweise Cu, Ni oder Ag. Eine solche Legierungsschicht ist vorzugsweise eine solche auf einer Cu-Ni-, Ag-Basis. Die Beschichtung ist vorzugsweise durch Platieren, durch Überziehen, durch Vakuum-Auf dampfen oder durch andere Techniken hergestellt.If the thickness of the above-mentioned coating exceeds 10 .mu.m, additional is added the layer of the intermetallic compound or alloy another layer from the coating material to the interconnected or to each other subsequent sections, resulting in uneven structures at the connection areas leads. Due to the presence of such a layer of coating material only is formed by the contact pressure during the resistance welding plastic flow layer. This leads to a reduction in strength, so that Correspondingly, cracks are also easy when making the connection by welding or can occur during the operation of the engine. For this reason the upper limit of the thickness of the coating is 10 µm. The coating on the Surfaces of the valve seat is created is a pure metal layer or a layer from an alloy that (metal layer or alloy) a thermal heat-out has expansion coefficient which corresponds to the material of the valve seat. Such a pure metal layer is, for example, Cu, Ni or Ag. Such The alloy layer is preferably one based on Cu-Ni, Ag. The Coating is preferably by plating, by plating, by vacuum opening vaping or made by other techniques.

Besteht der Ventilsitz beispielsweise aus einem Sinter-Material oder einer Sinter-Legierung aus Fe-Basis, so ist die Beschichtung vorzugsweise eine reine Metallschicht oder eine Schicht aus einer Legierung, die einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 15 × 10^-6 bis 25 × 10^-6 (1/K) aufweist.If the valve seat consists, for example, of a sintered material or a sintered alloy based on Fe, the coating is preferably a pure metal layer or a layer made of an alloy which has a thermal expansion coefficient of 15 × 10 ^-6 to 25 × 10 ^-6 (1 / K).

Liegt der thermische Ausdehnungskoeffizient der Beschichtung unter 15 × 10^-6 (1/K), so ist der Unterschied im thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen der Beschichtung und dem Zylinderkopf groß. Übersteigt der thermische Ausdehnungskoeffizient der Beschichtung 25 × 10^-6 (1/K), so ist der Unterschied im Wärmeausdehnungskoeffizient zwischen der Beschichtung und dem Ventilsitz groß. In beiden Fällen können Risse beim Widerstandsschweißen oder aber beim Betrieb des Motors auftreten. Aus diesem Grunde gilt, daß dann, wenn der Ventilsitz aus einem Sinter-Material auf Fe-Basis hergestellt ist, der thermische Ausdehnungskoeffizient der Beschichtung im Bereich zwischen 15 × 10^-6 und 25 × 10^-6 (1/K) liegen muß.If the thermal expansion coefficient of the coating is below 15 × 10 ^-6 (1 / K), the difference in the thermal expansion coefficient between the coating and the cylinder head is large. If the thermal expansion coefficient of the coating exceeds 25 × 10 ^-6 (1 / K), the difference in the thermal expansion coefficient between the coating and the valve seat is large. In both cases, cracks can occur during resistance welding or when the motor is running. For this reason, if the valve seat is made of an Fe-based sintered material, the thermal expansion coefficient of the coating must be in the range between 15 × 10 ^-6 and 25 × 10 ^-6 (1 / K).

Das Material des Ventilsitzes kann anstelle einer gesinterten Legierung auf Fe-Basis auch aus einer mit Cu durchsetzten oder Cu enthaltenden gesinterten Legierung auf Fe-Basis oder aus einer gesinterten Legierung auf Fe-Basis bestehen, bei der die Poren mit Kupfer abgedichtet sind, oder aus gegossenen Eisen oder Stahl oder aus einem Roh- oder Gußmaterial auf Ni-Basis. In diesen Fällen wird bevorzugt eine Beschichtung verwendet, bei der der thermische Ausdehnungskoeffizient in dem gleichen Bereich liegt.The material of the valve seat can also be used instead of a sintered Fe-based alloy made of a Fe-based sintered alloy interspersed with or containing Cu or consist of a sintered Fe-based alloy in which the pores are copper are sealed, or from cast iron or steel or from a raw or Casting material based on Ni. In these cases, a coating is preferably used where the coefficient of thermal expansion is in the same range.

Jedes gesinterte Material auf Fe-Basis, welches geeignet für den Ventilsitz ist, und zwar auch die bekannten, üblicherweise für Ventilsitze verwendeten Sinter-Materialien auf Fe-Basis, können bevorzugt verwendet werden. Speziell gilt, daß ein Sinter-Material auf Fe-Basis bevorzugt ist, welches C, Ni, Cr und Co enthält sowie harte Partikel bestehend aus C-Cr-W-Co-Fe-Partikeln, die in der Matrixstruktur verteilt sind. Das Sintermaterial auf Fe-Basis ist bevorzugt ein solches, welches C, Ni, Cr, Mo und Co enthält, sowie harte Partikel, die von C-Cr-W-Co-Fe-Partikeln und Fe-Mo Partikeln gebildet und in der Matrixstruktur verteilt sind. Weiterhin ist ein Sinter-Material oder eine Sinter-Legierung aus Fe-Basis bevorzugt, die Gruppe der Hochgeschwindigkeitsstähle, der Gruppe der rostfreien Stähle oder der Gruppe von Niederlegierten angehört, die 0,5-8% von wenigstens Ni und/oder Mo enthalten.Any Fe-based sintered material that is suitable for the valve seat also the known sintered materials commonly used for valve seats Fe-based, can preferably be used. Specifically, a sintered material applies Fe base is preferred, which contains C, Ni, Cr and Co and hard particles consisting of C-Cr-W-Co-Fe particles distributed in the matrix structure. The sintered material on Fe base is preferably one which contains C, Ni, Cr, Mo and Co, as well as hard Particles formed by C-Cr-W-Co-Fe particles and Fe-Mo particles and in the Matrix structure are distributed. Furthermore, a sintered material or a sintered alloy preferred from Fe-based, the group of high-speed steels, the group of stainless steels or the group of low alloys, which is 0.5-8% of contain at least Ni and / or Mo.

Eine Sinterlegierung oder ein Sintermaterial, welches mit Cu versetzt ist, kann beispielsweise durch die nachfolgend angegebenen Verfahren erhalten werden, nämlich:A sintered alloy or a sintered material that is mixed with Cu can can be obtained, for example, by the processes specified below, namely:

Ein als Ausgangsmaterial verwendetes Pulver wird in einer Metallform eingebracht und dann unter Druck in einer Formpresse zu einem Rohling geformt. Danach wird der Rohling aus dem Pulver gesintert und der gesinterte Körper wird dann zusammen mit einer Kupferlegierung, die für die Infiltration verwendet wird, auf eine Temperatur erhitzt, die den Schmelzpunkt der Kupferlegierung übersteigt, so daß die Kupferlegierung in die Poren eindringt. Weiterhin ist es anstelle einer solchen Infiltrierbehandlung auch möglich, daß dem das Ausgangs- oder Rohmaterial bildenden Pulver bereits anfänglich Kupferpulver beigemischt wird, wobei das Kupferpulver beim Sintern verflüssigt wird und hierbei die Poren mit dem Kupfer abgedichtet werden. Weiterhin wird bei der Cu-Infiltration-Behandlung die Dicke der Cu-Schicht auf 10 µm oder kleiner der Oberfläche des gesinterten Körpers gehalten, um so die Bildung einer Kupferschicht zu vermeiden. A powder used as a raw material is placed in a metal mold and then molded into a blank under pressure in a molding press. Then the Sintered blank from the powder and the sintered body is then together with a copper alloy used for infiltration heated to a temperature which exceeds the melting point of the copper alloy, so that the copper alloy in the Penetrates pores. Furthermore, instead of such infiltration treatment, it is also possible to that the powder forming the starting or raw material is already at the beginning Copper powder is added, the copper powder being liquefied during sintering and the pores are sealed with the copper. Furthermore, the Cu infiltration treatment the thickness of the Cu layer to 10 µm or less of the surface of the sintered body so as to avoid the formation of a copper layer.

Bei der vorliegenden Erfindung wird nicht immer eine gesinterte Legierung verwendet, sondern es kann auch ein in Formen oder kontinuierlich gegossenes Material verwendet werden. Als solches in Formen oder kontinuierlich gegossenes Material eignet sich bevorzugt Gußeisen, Gußstahl und Legierungen auf Ni-Basis. Als bevorzugtes Gußeisen werden für den Ventilsitz FCD600 Spheroidal Grafit-Gußeisen oder Schuppen-Grafit-Guß eisen oder Gußeisenlegierungen verwendet, die Cr, B und weitere Komponenten enthalten. Als bevorzugter Gußstahl eignet sich ein Gußstahl oder Stahl, der einen erheblichen Anteil an Ni enthält, ein Gußstahl mit hohem Anteil an Cr sowie Gußstähle der Cr-Si-Reihe. Bei der Legierung auf Ni-Basis ist bevorzugt eine solche der Gruppe NCF (JIS G4901-4902), der Ni-Cr-Reihe usw.A sintered alloy is not always used in the present invention, but it can also be used in a mold or continuously cast material will. Suitable as such in molds or continuously cast material prefers cast iron, cast steel and Ni-based alloys. As a preferred cast iron are used for the valve seat FCD600 Spheroidal graphite cast iron or flake graphite cast iron iron or cast iron alloys used, the Cr, B and other components contain. As a preferred cast steel, a cast steel or steel that is suitable contains a significant proportion of Ni, a cast steel with a high proportion of Cr and cast steels the Cr-Si series. In the case of the Ni-based alloy, one of the group is preferred NCF (JIS G4901-4902), the Ni-Cr series, etc.

Dort, wo der Ventilsitz aus einer Cu-Basis-Legierung hergestellt ist, ist die Beschichtung vorzugsweise eine reine Metallschicht oder eine Schicht aus einer Legierung, die einen thermischen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 18 × 10^-6 bis 27 × 10^-6 (1/K) aufweist.Where the valve seat is made of a Cu-based alloy, the coating is preferably a pure metal layer or a layer of an alloy that has a thermal expansion coefficient of 18 × 10 ^-6 to 27 × 10 ^-6 (1 / K) having.

Ist der Ventilsitz aus einer Cu-Basis-Legierung hergestellt, so wird beispielsweise ein Metallpulver-Sinter-Verfahren, ein Gießverfahren oder ein kontinuierliches Gieß- oder Stranggießverfahren verwendet oder aber es wird eine Bearbeitung von einem gerollten oder gewalzten Material vorgenommen.If the valve seat is made of a Cu-based alloy, for example, a Metal powder sintering process, a casting process or a continuous casting or Continuous casting process is used or it is a machining of a rolled or rolled material.

Ist der Ventilsitz aus einer Cu-Basis-Legierung hergestellt, so ist der Unterschied im thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen der Beschichtung und dem Zylinderkopf groß, falls der thermische Ausdehnungskoeffizient der Beschichtung unterhalb von 18 × 10^-6 (1/K) liegt. Der Unterschied im thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen der Beschichtung und dem Ventilsitz ist groß, falls der thermische Ausdehnungskoeffizient der Beschichtung 27 × 10^-6 (1/K) überschreitet, so daß in beiden Fällen Risse beim Widerstandsschweißen oder aber beim Betrieb des Motors auftreten können. Aus diesem Grunde liegt der thermische Ausdehnungskoeffizient der Beschichtung bzw. des für die Beschichtung verwendeten Materials im Bereich von 18 × 10^-6 bis 27 × 10^-6 (1/K). If the valve seat is made of a Cu-based alloy, the difference in the coefficient of thermal expansion between the coating and the cylinder head is large if the coefficient of thermal expansion of the coating is below 18 × 10 ^-6 (1 / K). The difference in the coefficient of thermal expansion between the coating and the valve seat is large if the thermal expansion coefficient of the coating exceeds 27 × 10 ^-6 (1 / K), so that in both cases cracks can occur during resistance welding or during engine operation. For this reason, the coefficient of thermal expansion of the coating or of the material used for the coating is in the range from 18 × 10 ^-6 to 27 × 10 ^-6 (1 / K).

Cu-Basis-Legierungen, die üblicherweise für den Ventilsitz der Erfindung verwendet werden, sind bevorzugt Cu-Ni-Si-Legierungen, Cu-Be-Legierungen und Cu-Cr-Legierungen.Cu based alloys commonly used for the valve seat of the invention are preferred are Cu-Ni-Si alloys, Cu-Be alloys and Cu-Cr alloys.

Ist der Ventilsitz aus Keramikmaterial verwendet, so ist die Beschichtung vorzugsweise eine reine Metallschicht oder aber eine Schicht aus einer Legierung, die einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten im Bereich zwischen 10 × 10^-6 bis 20 × 10^-6 (1/K) aufweisen.If the valve seat made of ceramic material is used, the coating is preferably a pure metal layer or else a layer made of an alloy, which have a coefficient of thermal expansion in the range between 10 × 10 ^-6 to 20 × 10 ^-6 (1 / K).

Keramiken, die üblicherweise für den Ventilsitz der Erfindung verwendet werden, sind bevorzugt Si₃N₄, Al₂O₃ und SiC.Ceramics that are commonly used for the valve seat of the invention are preferably Si₃N₄, Al₂O₃ and SiC.

Besteht der Ventilsitz aus keramischen Material, so wird vorzugsweise ein Pulver-Sinter-Ver fahren verwendet, bei dem pulverförmiges Si₃N₄, Al₂O₃ oder SiC mit einem Sinterhilfsmittel (beispielsweise Polyvinylalkohol, Methylzellulose) gemischt, anschließend zu einem Rohling geformt und dann gesintert wird.If the valve seat is made of ceramic material, then a powder-sintered material is preferably used drive used in the powdered Si₃N₄, Al₂O₃ or SiC with a Sintering aids (for example polyvinyl alcohol, methyl cellulose) mixed, then formed into a blank and then sintered.

Besteht der Ventilsitz aus keramischen Material, so ist der Unterschied im thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen der Beschichtung und dem Zylinderkopf groß, falls der thermische Ausdehnungskoeffizient der Beschichtung kleiner als 10 × 10^-6 (1/K) ist, und der Unterschied im thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen der Beschichtung und dem Ventilsitz ist groß, falls der thermische Ausdehnungskoeffizient der Beschichtung 20 × 10^-6 (1/K) übersteigt, so daß Risse beim Widerstandsschweißen oder aber beim Betrieb der Maschine bzw. des Motors auftreten können. Aus diesem Grunde liegt der thermische Ausdehnungskoeffizient der Beschichtung im Bereich zwischen 10 × 10^-6 bis 20 × 10^-6 (1/K).If the valve seat is made of ceramic material, the difference in the coefficient of thermal expansion between the coating and the cylinder head is large if the coefficient of thermal expansion of the coating is less than 10 × 10 ^-6 (1 / K), and the difference in the coefficient of thermal expansion between the Coating and the valve seat is large if the thermal expansion coefficient of the coating exceeds 20 × 10 ^-6 (1 / K), so that cracks can occur during resistance welding or during operation of the machine or engine. For this reason, the thermal expansion coefficient of the coating is in the range between 10 × 10 ^-6 to 20 × 10 ^-6 (1 / K).

Nachstehend werden nun Beispiele der Herstellung des Materials für den verbundenen oder verbindbaren Ventilsitz beschrieben. Below are examples of manufacturing the material for the bonded or connectable valve seat described.

example 1 (Pattern No. 1 and No. 2)

Ein pulverförmiges Primär- oder Ausgangsmaterial, welches aus C-Pulver, Co-Pulver, Ni-Pulver, aus einer pulverförmigen C-Co-W-Cr-Fe-Legierung und zerstäubten reinen Eisenpulverbestand, wurde mit Zinkstearat kombiniert und vermischt. Diese gemischte pulverförmige Material wurde dann formgepreßt und anschließend in einer Reduktionsatmosphäre gesintert, so daß eine gesinterte Legierung auf Fe-Basis erhalten wurde. Die so erhaltene gesinterte Legierung enthielt, jeweils in Gewichts-Prozent, C: 1,2%, Ni: 2,0%, Cr: 6,5%, W: 2,0%, Co: 7,0%, wobei der Rest unvermeidliche Verunreinigungen sowie Eisen war. Dieses gesinterte Material enthielt dann harte Partikel, die in der Matrixstruktur verteilt waren. Ein solches gesintertes Material wurde zu den Ventilsitzen verarbeitet. Bei dem Muster Nr. 1 wurde eine Cu-Schicht mit einer Dicke von 3 µm aufgebracht, und zwar auf die Oberflächen, die mit dem Zylinderkopf in Berührung stehen, und durch Platieren. Bei dem Muster Nr. 2 erfolgte keine Beschichtung.A powdery primary or starting material, which consists of C powder, co powder, Ni powder, made of a powdered C-Co-W-Cr-Fe alloy and atomized pure Iron powder inventory, was combined with zinc stearate and mixed. This mixed powdered material was then molded and then in a Reduction atmosphere sintered so that a sintered Fe-based alloy is obtained has been. The sintered alloy thus obtained contained, in each case in percent by weight, C: 1.2%, Ni: 2.0%, Cr: 6.5%, W: 2.0%, Co: 7.0%, the rest being inevitable Impurities as well as iron was. This sintered material then contained hard particles, that were distributed in the matrix structure. Such a sintered material became the Valve seats processed. In the sample No. 1, a Cu layer with a thickness of 3 µm applied to the surfaces in contact with the cylinder head stand, and by plating. There was no coating on sample No. 2.

(Pattern No. 3 and No. 4)

Das pulverförmige Ausgangsmaterial, welches aus C-Pulver, aus einem pulverisierten Hochgeschwindigkeitsstahl bestand, wurde mit Zinkstearat vermischt. Das gemischte Pulver wurde dann formgepreßt und in einer Reduktionsatmosphäre gesintert. Anschließend wurde der gesinterte Körper mit Kupfer infiltriert, so daß eine gesinterte, mit Cu-infiltrierte Legierung auf Fe-Basis erhalten wurde. Die Zusammensetzung der gesinterten Legierung bestand, jeweils in Gewichts-Prozent, aus C: 1,0%, Cr: 2,0%, Mo: 2,5%, W: 3,0%, V: 3,0%, Cu: 15,0% und der Rest unvermeidliche Verunreinigungen sowie Fe. Diese gesinterte Legierung enthielt feine, in der Matrixstruktur verteilte Karbitpartikel. Diese gesinterte Legierung wurde zu den Ventilsitzen verarbeitet. Bei dem Muster Nr. 3 wurde eine Kupferschicht mit einer Dicke von 5 µm auf die Oberflächenseiten durch Platieren aufgebracht. Bei dem Muster Nr. 4 wurde eine Kupferschicht mit 20 µm Dicke auf die Oberflächen aufgebracht. The powdered starting material, which consists of C powder, from a powdered High speed steel was mixed with zinc stearate. The mixed Powder was then compression molded and sintered in a reducing atmosphere. The sintered body was then infiltrated with copper, so that a sintered body with Cu-infiltrated alloy based on Fe was obtained. The composition of the sintered alloy consisted, in percent by weight, of C: 1.0%, Cr: 2.0%, Mo: 2.5%, W: 3.0%, V: 3.0%, Cu: 15.0% and the rest inevitable impurities as well as Fe. This sintered alloy contained fine, distributed in the matrix structure Carbite particles. This sintered alloy was processed into the valve seats. In which Sample No. 3 was a copper layer with a thickness of 5 microns on the Surface sides applied by plating. Pattern No. 4 was one Copper layer with a thickness of 20 µm applied to the surfaces.

(Examples No. 5 and No. 6)

Das pulverförmige Ausgangsmaterial, welches pulverförmiges C, Cr-Fe-Legierungen in Pulverform, pulverförmiges Fe-Mo sowie reines Eisenpulver enthält, wurde mit Zinkstearat vermischt. Das gemischte Pulver wurde durch Pressen geformt und in einer Reduktionsatmosphäre gesintert, so daß eine gesinterte Legierung auf Fe-Basis erhalten wurde. Diese Zusammensetzung der erhaltenen gesinterten Legierung bestand, jeweils in Gewichts-Prozent, aus C: 2,0%, Cr: 12,0%, Mo: 1,0%, der Rest Verunreinigungen sowie Fe. Die gesinterte Legierung enthielt Cr Karbid in der Matrixstruktur. Eine derartige gesinterte Legierung wurde zu den Ventilsitzen verarbeitet. Bei dem Beispiel Nr. 5 wurde eine Kupferschicht mit einer Dicke von 4 µm durch Platieren aufgebracht und bei dem Muster Nr. 6 wurde eine Ag - mit einer Dicke von 3 µm durch Platieren aufgebracht.The powdered raw material, which powdered C, Cr-Fe alloys in Powder form, powdered Fe-Mo and pure iron powder contains, was with Zinc stearate mixed. The mixed powder was molded by pressing and in one Reduction atmosphere sintered so that a sintered Fe-based alloy is obtained has been. This composition of the sintered alloy obtained consisted in each of Weight percent, from C: 2.0%, Cr: 12.0%, Mo: 1.0%, the rest impurities as well Fe. The sintered alloy contained Cr carbide in the matrix structure. Such sintered alloy was processed into the valve seats. In the example No. 5 was a copper layer with a thickness of 4 microns applied by plating and in the Sample No. 6 was applied with Ag - with a thickness of 3 µm by plating.

(Pattern No. 7 and No. 8)

Ein Gußstahl mit hohem Ni-Anteil, der jeweils in Gewichts-Prozent enthielt C: 2,5%, Si: 2,0%, Mn: 1,0%, Ni: 20,0%, Cr: 5,0% und der Rest Fe. Diese Legierung wurde durch einen Schmelzprozeß in einem elektrischen Schmelzofen erhalten. Das so gebildete Material wurde dann zu den Ventilsitzen verarbeitet. Beim Muster Nr. 7 wurde eine Nickelbeschichtung mit einer Dicke von 5 µm durch Platieren aufgebracht. Auf das Muster Nr. 8 wurde eine Cu-Beschichtung mit einer Dicke von 18 mm durch Platieren aufgebracht.A cast steel with a high proportion of Ni, each containing in percent by weight C: 2.5%, Si: 2.0%, Mn: 1.0%, Ni: 20.0%, Cr: 5.0% and the rest Fe. This alloy was made by obtained a melting process in an electric melting furnace. The so educated Material was then processed into the valve seats. Pattern No. 7 was one Nickel coating with a thickness of 5 µm applied by plating. On the Sample No. 8 was a Cu coating with a thickness of 18 mm by plating upset.

(Pattern No. 9 and No. 10)

Sphäriodal-Graphit-Gußeisen, welches sich, jeweils in Gewichtsprozent, zusammensetzte aus C: 3,6%, Si: 2,0%, Mn: 0,3%, Cu: 1,0% und Rest Fe wurde durch einen Schmelzprozeß mit einem Hochfrequenzschmelzofen hergestellt. Das erhaltene Material wurde zu Ventilsitzen verarbeitet. Beim Beispiel Nr. 9 wurde eine Kupferschicht mit einer Dicke von 1 µm durch Platieren als Beschichtung aufgebracht und bei Beispiel Nr. 10 eine Ni-Schicht mit einer Dicke von 2 µ als Beschichtung, und zwar ebenfalls durch Platieren. Spheriodal graphite cast iron, which was composed, each in percent by weight from C: 3.6%, Si: 2.0%, Mn: 0.3%, Cu: 1.0% and remainder Fe was by a melting process made with a high frequency melting furnace. The material obtained became too Valve seats processed. In Example No. 9, a copper layer was made with a thickness of 1 µm applied as a coating by plating and a in Example No. 10 Ni layer with a thickness of 2 µ as a coating, also by plating.

(Pattern No. 11 - No. 14)

Ein pulverförmiges Ausgangsmaterial, welches C-Pulver, Co-Pulver, Ni-Pulver, eine -pulverisierte bzw. zerkleinerte C-Co-W-Cr-Fe-Legierung sowie pulverisiertes reines Eisen enthielt, wurde mit Zinkstearat vermischt. Dieses gemischte pulverförmige Material wurde dann durch Pressen geformt und anschließend in einer reduzierenden Atmosphäre gesintert. Der gesinterte Körper wurde mit Kupfer infiltriert, welches für die Infiltration auf dem Körper aufgebracht wurde. Anschließend erfolgte eine Hitzebehandlung (quenching, tempering), so daß eine gesinterte Legierung auf Fe-Basis erhalten wurde, bei der die Sinteröffnungen oder Poren mit der Kupferlegierung infiltriert oder zum indes teilweise ausgefüllt waren. Die Zusammensetzung des erhaltenen gesinterten Materials (Sinterlegierung) umfaßte, jeweils in Gewichtsprozent, C: 1,3%, Ni: 2,0%, Cr: 7,0%, W: 2,2%, Co: 7,0%, Cu: 15,0%, Rest Verunreinigungen und Fe. Diese gesinterte Legierung enthielt harte Partikel, die in der Matrixstruktur verteilt waren. Die gesinterte Legierung wurde zu Ventilsitzen verarbeitet. Beim Muster Nr. 11 wurde eine Beschichtung in Form einer Cu-Schicht mit einer Dicke von 2 µm aufgebracht. Auf das Muster Nr. 13 wurde eine Beschichtung in Form einer Ni-Schicht mit einer Dicke von 30 µm aufgebracht und auf das Muster Nr. 14 eine Beschichtung in Form einer Ag-Schicht mit einer Dicke von 6 µm und zwar jeweils durch Platieren. Bei dem Muster Nr. 12 wurde keine Beschichtung aufgebracht.A powdery raw material, which is C powder, Co powder, Ni powder, a -powdered or crushed C-Co-W-Cr-Fe alloy and powdered pure iron was mixed with zinc stearate. This mixed powdery material was then molded by pressing and then in a reducing atmosphere sintered. The sintered body was infiltrated with copper, which was used for the infiltration was applied to the body. This was followed by heat treatment (quenching, tempering), so that a sintered Fe - based alloy was obtained in which the Sintered openings or pores infiltrated with the copper alloy, or at least partially were filled out. The composition of the sintered material obtained (Sintered alloy), each in percent by weight, C: 1.3%, Ni: 2.0%, Cr: 7.0%, W: 2.2%, Co: 7.0%, Cu: 15.0%, balance impurities and Fe. This sintered alloy contained hard particles that were distributed in the matrix structure. The sintered alloy was processed into valve seats. Pattern No. 11 had a coating in the form a Cu layer with a thickness of 2 microns applied. A pattern was added to pattern no Coating in the form of a Ni layer with a thickness of 30 microns applied and on the pattern No. 14 a coating in the form of an Ag layer with a thickness of 6 microns by plating. There was no coating on sample No. 12 upset.

Die verschiedenen Materialien für die Ventilsitze, deren Wärmeausdehnungskoeffizienten, die verschiedenen Arten der Beschichtungen bzw. Schichten auf dem Ventilsitzmaterialien und die thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Schichten sind in der Tabelle 1 zusammengefaßt.The different materials for the valve seats, their Coefficient of thermal expansion, the different types of coatings or Layers on the valve seat materials and the coefficients of thermal expansion the layers are summarized in Table 1.

In einem nächsten Schritt wurden diese Ventilsitze in dem Zylinderkopf, der aus einer Aluminiumlegierung (AC4C) hergestellt war, durch Widerstandsschweißen befestigt. Fig. 1 zeigt den Befestigungsschritt unter Verwendung des Widerstandsschweißens. Wie in der Fig. 1(a) dargestellt ist, wird der Ventilsitz 1 derart positioniert, daß sein außenliegender Bereich 1a gegen eine schräge Fläche 2a des Zylinderkopfes 2 anliegt. Ein Druck wird in Richtung des dargestellten Pfeiles auf den gegen die Schrägfläche anliegenden Ventilsitz durch eine Elektrode 3 aufgebracht. Im Anschluß daran wird der elektrische Storm eingeschaltet, so daß durch den Stromfluß die Berührungsflächen zwischen dem Zylinderkopf 2 und den Ventilsitz sowie deren Umgebung erhitzt werden, bis zum Schmelzpunkt oder bis auf eine Temperatur nahe dem Schmelzpunkt. Im Anschluß daran wird der elektrische Strom abgeschaltet. Der Zylinderkopf 2, dessen Härte niedriger ist als die des Ventilsitzes wird plastisch deformiert und der Ventilsitz 1 wird, wie in der Fig. 1(b) dargestellt ist, in den Zylinderkopf 1 eingefügt, so daß er dort eingebettet und befestigt ist.In a next step, these valve seats were fixed in the cylinder head, which was made of an aluminum alloy (AC4C), by resistance welding. Fig. 1 shows the fastening step using resistance welding. As shown in Fig. 1 (a), the valve seat 1 is positioned such that its outer region 1 a abuts against an inclined surface 2 a of the cylinder head 2 . A pressure is applied in the direction of the arrow shown on the valve seat resting against the inclined surface by an electrode 3 . Subsequently, the electric storm is switched on, so that the contact surfaces between the cylinder head 2 and the valve seat and their surroundings are heated up to the melting point or to a temperature close to the melting point by the current flow. The electrical current is then switched off. The cylinder head 2 , the hardness of which is lower than that of the valve seat, is plastically deformed, and the valve seat 1 is, as shown in Fig. 1 (b), inserted into the cylinder head 1 so that it is embedded and fixed there.

Nach diesem Verbindungs- oder Fügeprozeß wurden die Ventilsitze auf mögliche Risse hin untersucht. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 wiedergegeben.After this connection or joining process, the valve seats were checked for possible cracks examined. The results are shown in Table 1.

Weiterhin wurden die Ventilsitze unter den gleichen Bedingungen als wenn sie in einem Zylinderkopf eingesetzt wären, in einer Testeinrichtung bei der gleichen Temperatur wie bei einem Dauer- oder Dauerhaftigkeitstest in einer reellen Maschinen getestet und zwar unter Bedingungen, bei denen die Ventilsitze einer Schlag- oder Stoßbelastung durch das Ventil ausgesetzt wurden, um das Auftreten von eventuellen Rissen in den Ventilsitzen zu untersuchen.Furthermore, the valve seats were under the same conditions as if they were in one Cylinder head would be used in a test facility at the same temperature as tested in a real machine during a durability test under conditions in which the valve seats are subjected to an impact or shock load from the Valve have been exposed to the occurrence of any cracks in the valve seats examine.

Die Testbedingungen sind nachstehend beschrieben:
Testtemperatur: 400°C (Meßposition in Fig. 3)
Lauf- oder Testzeit: 30 Stunden
Drehgeschwindigkeit des Nockens: 3000 Umdrehungen pro Minute
Ventildrehgeschwindigkeit: 10 Umdrehungen pro Minute
Ventilhub: 7 mm
Last auf dem Ventilsitz: 89 kg
Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 wiedergegeben.The test conditions are described below:
Test temperature: 400 ° C (measuring position in Fig. 3)
Running or testing time: 30 hours
Speed of rotation of the cam: 3000 revolutions per minute
Valve rotation speed: 10 revolutions per minute
Valve stroke: 7 mm
Load on the valve seat: 89 kg
The results are shown in Table 1.

Example 2

Ein pulverförmiges Ausgangsmaterial bestehend aus einer pulverisierten Cu-Be-Legierung oder aus einer pulverförmigen Cu-Cr-Legierung oder einer pulverförmigen Cu-Ni-Si-Le gierung wurde mit einem Sinterhilfsmittel vermischt und anschließend zu einem Material geformt zur Verwendung als Ventilsitz, und zwar durch Preßformen, Sintern und Anwendung eines Hitzeprozesses. Weiterhin wurden auch pulverisiertes Si₃N₄ oder Al₂O₃ als Keramikmaterial mit einem Sinterhilfsmittel vermischt und dieses Material wurde zu einem Ventilsitz geformt durch Preßformen, Sintern und eine Hitzebehandlung. Diese Materialien wurden zu Ventilsitzen verarbeitet und es wurde eine Beschichtung, wie sie in der Tabelle 2 wiedergegeben ist auf die Oberflächen der Ventilsitze aufgebracht, die mit dem Zylinderkopf in Berührung kommen. Einige Muster besaßen als Vergleichsmuster keine Beschichtung und sind als solche in der Tabelle 2 bezeichnet.A powdered raw material consisting of a powdered Cu-Be alloy or from a powdered Cu-Cr alloy or a powdered Cu-Ni-Si-Le alloy was mixed with a sintering aid and then into one Material molded for use as a valve seat by press molding, sintering and Applying a heat process. Furthermore, powdered Si₃N₄ or Al₂O₃ mixed as a ceramic material with a sintering aid and this material was formed into a valve seat by press molding, sintering and heat treatment. These materials were made into valve seats and there was a coating, as shown in Table 2 on the surfaces of the valve seats applied, which come into contact with the cylinder head. Some patterns had as Comparative samples no coating and are designated as such in Table 2.

Die Ventilsitze, die mit einem Überzug versehen und in der Tabelle 2 wiedergegeben sind, (einschließlich der Vergleichsmuster ohne Überzug) wurden in dem Zylinderkopf aus der Aluminiumlegierung eingefügt, und zwar durch Widerstandsschweißen in der gleichen Weise, wie dies beim Beispiel 1 beschrieben wurde. Das Auftreten von Rissen in den Ventilsitzen wurde überprüft. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengefaßt. In gleicher Weise wie beim Beispiel 1 wurden die Ventilsitze ebenfalls in der Testeinrichtung getestet, und zwar wiederum bei der gleichen Temperatur wie bei einem Dauertest in einer wirklichen Maschine, sowie unter den Bedingungen, daß jeder Ventilsitz mit einem Ventil einer Stoß- und Schlagbelastung ausgesetzt wurde, um so das Auftreten von Rissen zu prüfen. Die Tabelle 2 gibt die Testergebnisse wieder.The valve seats, which are coated and reproduced in Table 2 are (including the comparison samples without coating) were in the cylinder head inserted from the aluminum alloy, by resistance welding in the same way as described in Example 1. The appearance of cracks in the valve seats have been checked. The results are summarized in Table 2. In same as in Example 1, the valve seats were also in the Test device tested, again at the same temperature as one Endurance test in a real machine, as well as under the conditions that everyone Valve seat with a valve was subjected to a shock and impact load, so that Check for cracks. Table 2 shows the test results.

Bei solchen Mustern, die entsprechend der Erfindung ausgebildet waren, wurden keine Risse durch thermisch bedingte Belastungen beim Fügeprozeß festgestellt und auch bei der Testeinrichtung konnten unter den Belastungsbedingungen, die denen in einer tatsächlichen Maschine entsprachen, keine Risse festgestellt werden.In such patterns, which were designed according to the invention, none Cracks determined by thermal stresses during the joining process and also at of the test facility was able to withstand the stress conditions that those in a corresponded to the actual machine, no cracks were found.

Was die Ventilsitze der Muster Nr. 4, Nr. 8, Nr. 13, Nr. 18, Nr. 21 und Nr. 24 betrifft, handelte es sich hier um Vergleichsmuster, d. h. um Ventilsitze, die eine Beschichtung bzw. eine die Beschichtung bildende Schicht aufwiesen, die nicht im Rahmen der Erfindung lag. Bei diesen Ventilsitzen wurden zwar keine Risse bei dem Fügeprozeß unter Verwendung des Widerstandsschweißens hergestellt, allerdings Risse beim Belastungstest. Weiterhin wurden bei den Muster Nr. 2, 12, 16 und 22, die wiederum Vergleichsmuster waren, Risse beim Fügeprozeß bzw. Widerstandsschweißen festgestellt.Regarding the valve seats of patterns No. 4, No. 8, No. 13, No. 18, No. 21 and No. 24, were these comparison samples, d. H. around valve seats that have a coating or had a layer forming the coating that was not within the scope of the Invention lay. With these valve seats, there were no cracks in the joining process Made using resistance welding, but cracks when Stress test. Furthermore, samples No. 2, 12, 16 and 22, which in turn Comparative samples were found, cracks during the joining process or resistance welding.

Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung wurden keine Risse festgestellt, und zwar weder durch den Fügeprozeß mit Hilfe des Widerstandsschweißens, noch beim Betrieb in der Maschine, wodurch eine hohe Dichtfunktion erreicht werden kann.No cracks were found in the inventive design, neither through the joining process with the help of resistance welding, even when operating in the Machine, whereby a high sealing function can be achieved.

Die Erfindung wurde voranstehend im Detail beschrieben. Es versteht sich, daß zahlreiche Änderungen und Modifikationen möglich sind, ohne daß dadurch der der Erfindung zugrundeliegende Erfindungsgedanke verlassen wird. Die gesamte Offenbarung der japanischen Patentanmeldung Nr. 133 577/1996, die am 28. Mai 1996 eingereicht wurde, einschließlich Beschreibung, Ansprüche, Zeichnungen und Zusammenfassung wird in ihrer Gesamtheit her mit einbezogen.The invention has been described in detail above. It is understood that numerous changes and modifications are possible without this Invention underlying the inventive concept is left. The entire revelation Japanese Patent Application No. 133,577 / 1996, filed on May 28, 1996 was, including description, claims, drawings and summary is included in its entirety.

Claims

1. Valve seat inserted into and / or connected to a cylinder head made of aluminum or an aluminum alloy of an internal combustion engine by means of resistance welding, the valve seat being made of a sintered material or a sintered alloy based on Fe and with a layer or coating of a pure metal or an alloy is provided, at least on the surfaces that are in contact with the cylinder head, wherein the coating of pure metal or of the alloy has a thickness of 10 microns or less and a thermal expansion coefficient of 15 × 10 ^-6 to 25 × 10 ^-6 (1 / K).

2. Valve seat according to claim 1, characterized in that it consists of a sintered Cu-infused alloy based on Fe or made of a sintered alloy based on Fe is made by copper sealed or closed pores.

3. Valve seat according to claim 1, characterized in that the valve seat cast iron or cast steel or from a raw material, preferably block or cast material of an Ni-based alloy is made.

4. valve seat inserted into and / or connected to a cylinder head made of aluminum or an aluminum alloy of an internal combustion engine by means of resistance welding, the valve seat being made of a Cu-based alloy and provided with a coating of pure metal or an alloy, and at least on its surfaces that are in contact with the cylinder head, the coating of the pure metal or the alloy having a thickness of 10 μm or less and a thermal expansion coefficient of 18 × 10 ^-6 - 27 × 10 ^-6 (1 / K ) having.

5.Valve seat inserted into and / or connected to a cylinder head made of aluminum or an aluminum alloy of an internal combustion engine or an internal combustion engine with the aid of resistance welding, the valve seat being made of ceramic material and provided with a coating or a coating of pure metal or an alloy, at least on its surfaces which are in contact with the cylinder head, the coating of the pure metal or the alloy having a thickness of 10 μm or less and a coefficient of thermal expansion of 10 × 10 ^-6 × 20 × 10 ^-6 (1 / K).

6. Valve seat for insertion into and / or connecting to a cylinder head made of aluminum or an aluminum alloy of an internal combustion engine with the aid of resistance welding, the valve seat being made of a sintered material or a sintered Fe-based alloy and having a layer or coating of a pure one Metal or an alloy is provided, at least on the surfaces that are in contact with the cylinder head, wherein the coating of pure metal or of the alloy has a thickness of 10 microns or less and a coefficient of thermal expansion of 15 × 10 ^-6 to 25 × 10 ^-6 (1 / K).

7. Valve seat according to claim 6, characterized in that it consists of a sintered Cu-infiltrated Fe-based alloy or from a sintered Fe-based alloy with is made by copper sealed or closed pores.

8. Valve seat according to claim 6, characterized in that the valve seat cast iron or cast steel or from a raw material, preferably block or cast material of an Ni-based alloy is made.

9. valve seat for insertion into and / or connection to a cylinder head made of aluminum or an aluminum alloy of an internal combustion engine with the aid of resistance welding, the valve seat being made of a Cu-based alloy and provided with a coating of pure metal or an alloy, at least on its surfaces which are in contact with the cylinder head, the coating of the pure metal or the alloy having a thickness of 10 µm or less and a thermal expansion coefficient of 18 × 10 ^-6 - 27 × 10 ^-6 (1 / K).

10. Valve seat for insertion into and / or connecting to a cylinder head made of aluminum or an aluminum alloy of an internal combustion engine or an internal combustion engine with the aid of resistance welding, the valve seat being made of ceramic material and provided with a coating or a coating made of pure metal or an alloy at least on its surfaces which are in contact with the cylinder head, the coating of the pure metal or the alloy having a thickness of 10 μm or less and a coefficient of thermal expansion of 10 × 10 ^-6 × 20 × 10 ^-6 (1 / K).