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Jeder
Zylinder von Viertaktmotoren haben mindestens ein Einlassventil und ein Auslassventil.
Die Durchmesser der Ventilteller und der Ventilhub müssen so gross sein,
dass der Strömungswiderstand für die Frischgase und Abgase möglichst
klein wird. Wegen des hohen Druckes der Abgase beim Öffnen des Auslassventils,
der eine schnelle Entleerung des Zylinders gewährleistet, kann das Auslassventil
mit kleinerem Durchmesser ausgeführt sein. Hochleistungsmotoren haben meist
auch zwei Einlassventile und zwei Auslassventile pro Zylinder. Das Ventil besteht
aus dem Ventilteller mit dem kegeligen Sitz und aus dem Ventilschaft. Der kegelige
Sitz hat meist einen Winkel von 45°. Einlassventile von Amerikanern meist
30°. Da er in Verbindung mit dem Ventilsitz im Zylinderkopf gasdicht abschliessen
muss, ist er feingedreht oder feingeschliffen. Das Ende des Schaftes besitzt eine
oder mehrere Rillen, in welche die Ventilkegelstücke eingreifen. Durch den
Ventilfederteller werden die Ventilkegelstücke in die Eindrehung des Ventilschaftes
gedrückt. Die Ventile sind ausserordentlichen Beanspruchungen ausgesetzt.
Sie werden in der Minute bis etwa 3000 mal angehoben und von den Ventilfedern
wieder auf ihre Ventilsitze geschlagen. Am Schaft und am Schaftende werden sie
auf Zug beansprucht. Das Einlassventil wird durch die einströmenden Frischgase
gekühlt, trotzdem erreichen sie Temperaturen bis zu 500° C. Das Auslassventil
unterliegt durch die heissen Verbrennungsgase besonderer thermischer Beanspruchung
(bis ca. 800° C am Ventilteller) und starker chemischer Korrosion. Ihrer Verwendung
entsprechend werden die Einlassventile und die Auslassventile aus verschiedenen
Werkstoffen hergestellt.
Einlassventile werden meist als Einmetallventile
aus Chrom-Silitium-Stählen gefertigt. Ventilsitz, Ventilschaft Einstich für
die Ventilkegelstücke und Planfläche am Schaftende können zur Verminderung
des Verschleisses gehärtet sein.
Auslassventile die besonders
thermisch hoch belastet werden, werden meist als Bimetallventile hergestellt,
damit Ventilteller und Ventilschaft die unterschiedlichen Anforderungen besser
erfüllen können. Für den unteren Teil des Ventilschaftes und den
Ventilteller, die vor allem den Verbrennungsgasen ausgesetzt sind, wird besonders
warmfester, korrosions und zunderbeständiger Chrom-Mangan-Stahl verwendet.
Der obere Teil des Ventilschaftes dagegen wird aus härtbarem Chrom-Silitium-Stahl
hergestellt. Beide Teile werden durch Reibschweissung stumpf zusammengeschweisst.
Solche Werkstoffkombinationen werden bei hochbeanspruchten Ventilen erforderlich,
weil die besonders warmfesten Chrom-Mangan-Stähle nicht härtbar sind,
daher schlechte Gleiteigenschaften besitzen und zum Fressen in den Ventilführungen
neigen. Ausserdem haben sie eine wesentlich schlechtere Wärmeleitfähigkeit
als die härtbaren Stähle des oberen Teils des Ventilschaftes. Häufig
werden Auslassventile am Ventilsitz mit Hartmetall gepanzert um den Verschleiss
an diesen Stellen zu verringern und um das Einschlagen des Sitzes am Ventilteller
zu vermeiden.
Quelle: Othmar Peter