Ventiltriebkomponenten von MAHLE: Mehr als nur Ventile

In Kooperation mit den internationalen Motorenherstellern entwickelt MAHLE das tribologische System der Ventiltriebkomponenten: Ventile, Ventilführungen und Ventilsitzringe. Die größte Herausforderung bei Ventilen liegt in der Designfestlegung. Um den extremen mechanischen, chemischen und thermischen Belastungen standzuhalten und eine optimale Wärmeabfuhr zu gewährleisten, sind unsere Ventile auf die verschiedensten Betriebssituationen ausgelegt.

Unsere Ventile werden ganz schön gefordert

Auslassventile können 800 bis 1.000 °C heiß werden, bei Einlassventilen sind es immerhin 300 bis 550 °C. Enormer Zünddruck und harte Ventilfedern hämmern die rot glühenden Ventile bis zu 70 Mal pro Sekunde in den Ventilsitz. Aggressive chemische Stoffe in den Abgasen können Korrosion verursachen oder bringen Ablagerungen mit sich. Um diesen Bedingungen jahre- oder sogar jahrzehntelang standzuhalten, müssen das Ventil, die Ventilführungen und -sitzringe aus sorgfältig zusammengestellten, hochwertigen Materialien bestehen.

Die Stoffe, aus denen Ventiltriebkomponenten gemacht sind

Werkstoffe: Für die Sicherheit von Mensch, Motor und Umwelt – nur das Beste

Ventile

Man unterscheidet generell zwischen Monometall- und Bimetall-Ventilen, die meist aus Vollmaterial gefertigt sind. Je nach Belastung wählt man unterschiedliche Werkstoffe: von hochlegiertem CrSi-Stahl für Einlassventile über CrMoV- und austenitischen CrMnNiNb- oder CrMnNi-Stahl mit Stickstoff-Zusatz bis zur Nickel-Superlegierung für extrem belastete Auslassventile. In besonderen Fällen kommt das so genannte Hohlventil zum Einsatz, welches mit Natrium gefüllt ist.

Bei natriumgefüllten Hohlventilen liegt der Schmelzpunkt bei ca. 97,5 °C und verteilt sich im Hohlraum. Durch den so genannten Shaker-Effekt transportiert es die Hitze vom Ventilteller durch den gesamten Schaft zur Ventilführung. Das senkt die Temperatur am Ventilteller um 80° C bis 150° C – was die Klopfeigenschaften des Motors erheblich verbessert. Damit kann man die Motorleistung steigern und den Verbrauch reduzieren.

Um den hohen Anforderungen standzuhalten, können Ventile zusätzlich sitzgepanzert, gehärtet, nitriert oder verchromt sein.

Ventilführungen

Bei Ventilführungen mit mittlerer Beanspruchung verwendet man eine CuZnAl-Legierung. Wenn die Belastung steigt, setzt man eine Grauguss-Legierung mit Perlit-Gefüge. Ein zusätzlicher Phosphor-Anteil steigert die Festigkeit noch weiter. Eine CuSn- oder CuNi-Legierung eignet sich für hohe Ansprüche und Sintermetall hält auch den höchsten Temperaturen stand.

Ventilsitzringe

Für Ventilsitzringe (und ihre Gegenstücke am Ventil) nutzt MAHLE Werkstoffe wie Grauguss mit hohem Kohlenstoffanteil oder Kobalt mit Chrom und Wolfram. Auch Stahl mit Chrom und Molybdän kommt zum Einsatz. Ebenso wie Stahl mit Chrom und Vanadium oder sogar ein extrem hochwertiger Sinter-Werkstoff für die Ansprüche von Hochleistungsmotoren.

MAHLE stellt Ventilsitzringe im Schleuderguss oder durch Sintern her. Bei der ersten Methode gießt man die flüssige Stahllegierung in eine rotierende Gussform. Die Schmelze passt sich beim Erstarren der Gussform an, sodass ein hohles Gussstück entsteht. Beim Sintern presst man Metallpulver zusammen. Der vorgepresste sogenannte „Grünling“ wird erhitzt (aber nicht geschmolzen), weiter verdichtet und ausgehärtet. Die Art der Pulvermischung richtet sich unter anderem nach der Temperatur, der die Ringe im Betrieb ausgesetzt sind, und der erforderlichen Verschleißfestigkeit. So sind die Ventilsitzringe exakt auf ihren späteren Einsatz im Motor zugeschnitten.

Forschung und Entwicklung für die Werkstatt: Damit Sie auch in Zukunft sichere Produkte verbauen

Innovative Entwicklung: Das TopTherm-Ventil

Speziell für Downsizing-Motoren hat MAHLE das TopTherm®-Ventil entwickelt. Im Gegensatz zum klassischen Hohlventil und EvoTherm®-Ventil handelt es sich hierbei um ein gebautes Ventil. Der große, zum Teil mit Natrium gefüllte Hohlraum reduziert das Gewicht und ermöglicht eine Temperaturabsenkung an den thermisch hoch belasteten Bauteiloberflächen. Es wird eine potenzielle Absenkung der Tellertemperatur auf bis deutlich über 100 Kelvin gesehen. Gleichzeitig nimmt der Verbrauch bei Volllast und hohen Drehzahlen ab – denn die Anfettung des Gemisches zum Schutz der Ventile wird überflüssig. Durch eine höhere Grundverdichtung kann man auch im transienten Betrieb etwas Kraftstoff sparen. Mit all diesen Vorteilen zeigt das TopTherm®-Ventil, dass MAHLE nicht ohne Grund ein weltweit führender Hersteller von Hohlventilen ist.

Evolution vom klassischen Vollventil über das Hohlventil und das MAHLE EvoTherm®-Ventil hin zum MAHLE TopTherm®-Ventil (v. l. n. r.)