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DE3133209C2 - Hohler Verbundkörper, insbesondere Umdrehungskörper und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Hohler Verbundkörper, insbesondere Umdrehungskörper und Verfahren zu seiner Herstellung

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DE3133209C2
DE3133209C2 DE3133209A DE3133209A DE3133209C2 DE 3133209 C2 DE3133209 C2 DE 3133209C2 DE 3133209 A DE3133209 A DE 3133209A DE 3133209 A DE3133209 A DE 3133209A DE 3133209 C2 DE3133209 C2 DE 3133209C2
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Abstract

Es soll eine mehrschichtige Hohlkörperwand geschaffen werden, die thermisch und mechanisch hochbelastbar und, wenn erwünscht, gut wärmeisoliert ist, die Erfindung besteht darin, daß diese Wand innen eine wärme- und/oder verschleißfeste, keramische Innenschicht und eine diese umgebende, insbesondere unter Vorspannung stehende Halteschicht aus faserverstärktem Kunststoff und gegebenenfalls eine Zwischenschicht aus wärmeisolierendem, keramischem Werkstoff aufweist. Die Wand kann auch diese Innenschicht, diese Zwischenschicht und eine Halteschicht aus Metall aufweisen. Zumindest die Halteschicht wird aufgeschrumpft. die Halteschicht aus Metall und/oder die Zwischenschicht können bzw. kann aufgesintert werden. Auch durch Sinterschrumpf der Halteschicht ergibt sich die Vorspannung. Durch die Vorspannung ist bei Innendruck die keramische Innenschicht weniger oder nicht auf Umfangszug oder nur auf Umfangsdruck belastet. Anwendung insbesondere bei einer Dieselmotor-Vorbrennkammer oder einer Verbrennungsmotor-Zylinderlaufbuchse.

Description

gen. Die keramische Innenschicht 10 wird jeweils als formstabiles Teil hergestellt. Die Zwischenschicht 11 aus wärmeisolierendem keramischem Werkstoff wird z. B. durch Aufbringen einer Schicht sinterfähigen Isolicrkcramikpulvers aus Magnesiumsitikat (MAS) auf den keramischen Innenkörper 10 durch isostatisches Pressen oder durch Umspritzen (Spritzguß) und nachfolgendes Sintern dieser Pulverschicht hergestellt Die Zwischenschicht Jl kann jedoch auch, wie die Innenschicht 10, als formstabiles Teil hergestellt werden und auf die Innenschicht 10 aufgeschrumpft werden. Die äußere Halteschicht 12 wird als festes Teil hergestellt und auf den aus Innen- und Zwischenschicht bestehenden Körper aufgeschrumpft so daß sie eine Druckvorspannung ausübt
Ein Einsatzstück 14 spannt die drei Vorbrennkammertcile in der Zylinderkopfbohrung mittels nicht dargestellter, am Zylinderkopf 13 verankerter Schrauben gegeneinander und gegen die sphärische Anlagefläche des Zylinderkopfs 13. Ein Ausströmzylinder der Vorbrennkammer 22 ragt in den Brennraum 20 des Motorzylinders hinein, weist dort über seinen Umfang gleichmäßig verteilt radiale Ausströmkanäle 15 auf and geht mit seinen drei Schichten 10 bis 12 in eine abschließende Stirnwand über.
Die Zylinderlaufbuchse 23 in Form eines Hohlzylinderkörpers sitzt in einem Motorblock 21, mit dem der Zylinderkopf 13 verschraubt ist. Die Zylinderlaufbuchse 23 bzw. ihre Wand besteht aus einer wärme- und verschleiß- bzw. abriebfesten keramischen Innenschicht 16 aus Siliziumkarbid (SIC), einer Zwischenschicht 17 aus Aluminiumtitanat (AlTiO3) und einer äußeren Halteschicht 18 aus hochwarmfestem Stahl. Die äußere HaI-tcschicht könnte auch aus faserverstärktem Werkstoff, wie z. B. kohlenstoffaserverstärktem Graphit bestehen, wobei die Verstärkungsfasern als reine Umfangswicklung oder auch als Kreuzwicklung aufgebracht sein können, um hohe Druckvorspannung auf die inneren beiden Schichten der Laufbuchse auszuüben. Die Schichten 16 und 17 werden einzeln als feste Teile hergestellt und das Teil 17 wird auf das Teil 16 aufgeschrumpft. Soweit die Haltcschicht 18 aus Metall bestehen soll, wird durch Aufbringen eines sinterfähigen Pulvers aus hochwarmfeslem Stahl auf das Teil 17 und durch isostatisches Pressen oder durch Umspritzen (Spritzguß) eine haftende Piilverschicht auf dem aus Innen- und Zwischenschicht bestehenden Körper erzeugt und durch nachfolgendes Sintern dieser Pulverschicht die Halteschicht hergestellt.
50
Hierzu 1 Bla't Zeichnungen
55
60
65

Claims (5)

1 2 schicht aus wärmeisolierendem keramischem Werkstoff Patentansprüche: angeordnet ist, die auf die Innenschicht aufgeschrumpft oder aufgesintert ist und daß die äußere Halteschicht
1. Hohler Verbundkörper, insbesondere Umdre- auf den aus Innen- und Zwischenschicht bestehenden hungskörper, z. B. ein Rohr oder Gehäuse, der an 5 Körper eine Druckvorspannung ausübt
seiner Innenseite eine wärme- und/oder verschleiß- Durch das im Stand der Technik nicht übliche Aufsinfeste, keramische Innenschicht und eine auf diese tern oder Aufschrumpfen der keramischen Zwischeneine Druckvorspannung ausübende äußere Halte- schicht kann gleichzeitig eine hohe Wärmedämmung schicht aufweist, dadurch gekennzeichnet, und eine Druckvorspannung auf die Innenschicht erzielt daß zwischen der Innenschiebt (10,16) und der Hai- 10 werden, wobei durch die Druckvorspannung der äußeteschicht (12, 18) aus faserverstärktem Werkstoff ren Halteschicht auf den aus Innen- und Zwischenoder Metall eine Zwischenschicht (11, 17) aus war- schicht bestehenden Körper dann die Übertragung homeisolierendem, keramischem Werkstoff angeord- " her Druckkräfte von der keramischen Innenschicht auf net ist, die auf die Innenschicht (10, 16) aufge- die äußere Halteschicht ermöglicht wird ohne daß hierschrumpft oder aufgesintert ist und daß· die äußere 15 durch die keramische Zwischenschicht durch unzulässig Halteschicht (12, 18) auf den aus Innen- und Zwi- hohe Spannungen gefährdet wird, schenschicht bestehenden Körper eine Druckvor- Vorteilhaft ist es, wenn die äußere Halteschicht aus spannung ausübt hochwarmfestem Stahl besteht und sich erfindungsge-
2. Verbundkörper nach Anspruch 1, dadurch ge- mäße Verbundkörper wegen der guten Formgebungskennzeichnei, daß die Halteschicht (18) aus hoch- 20 möglichkeiten dann als Serienbauteile, wie z. B. Vorwarmfestem Stahl besteht brennkammern für Dieselmotoren oder Zylinderlauf-
3. Verbundkörper nach Anspruch 1, dadurch ge- büchsen für Verbrennungsmotoren eignen, kennzeichnet, daß die Halteschicht (12) aus kohlen- Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung stoffaserverstärktem Graphit besteht soll die Halteschicht aus kohlenstoffaserverstärktem
4. Verbundkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 25 Graphit bestehen, einem Werkstoff, der extrem hohe 3, dadurch gekennzeichnet, daß der wänneisolieren- Zugfestigkeit aufweist und dadurch besonders für Verde, keramische Werkstoff Lithiumalumiiniumsilikat bundkörper in Form von Gehäusen geeignet ist, die (LAS), Magnesiumalurniniumsilikat (MAS), Alumini- unter hohem Innendruck stehen.
umtitanat (ΑΓΠΟ3) oder pyrolytisches Bornitrid Als Werkstoffe für die wärmeisolierende keramische
(BN) ist 30 Zwischenschicht sind vorzugsweise Lithiumaluminium-
5. Verfahren zur Herstellung eines Verbundkör- silikat (LAS), Magnesiumaluminiumsilikat (MAS), AIupers nach einem der Av/sprüctv 1 bis 4, bei dem die miniumtitanat (AlTiOj) oder pyrolytisches Bornitrid Zwischenschicht durch Aufbringen einer Schicht aus (BN) zu verwenden.
sinterfähigem Isolierkeramikpu!· sr und Sintern des- Ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung eines er-
selben hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, 35 findungsgemäßen Verbundkörpers, bei dem die Zwi-
daß die Pulverschicht durch isostatisches Pressen schenschicht durch Aufbringen einer Schicht aus sinter-
oder durch Umspritzen (Spritzguß) aufgebracht fähigem Isolierkeramikpulver und Sintern desselben
wird. hergestellt wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß die
Pulverschicht durch isostatisches Pressen oder durch
40 Umspritzen (Spritzguß) aufgebracht wird.
Anhand der Zeichnung werden zwei Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäßen Verbundkörpern erläu-
Die Erfindung bezieht sich auf einen hohlen Verbund- tert
körper, insbesondere Umdrehungskörper, z. B. ein Rohr Bei den in der Zeichnung dargestellten hohlen Ver-
oder Gehäuse, der an seiner Innenseite eine wärme- 45 bundkörpern handelt es sich zum einen um eine Vor-
und/oder verschleißfeste, keramische Innenschicht und brennkammer 22, zum andern um eine Zylinderlauf-
eine auf diese eine Druckvorspannung ausübende äuße- buchse 23 eines Verbrennungsmotors. Die Vorbrenn-
re Halteschicht aufweist. kammer 22 findet sL-h in einer Bohrung eines Zylindcr-
Ein solcher Verbundkörper ist aus der DE-OS kopfes 13 aus Stahl. Sie besteht aus einer warmfesten
48 095 bekannt Bei dem aus dieser Druckschrift vor- 50 keramischen Innenschicht 10 aus Siliziumkarbid (SIC),
bekannten Verbundkörper ist auf eine Keramikinnen- einer Isolierkeramikschicht 11 aus Magnesiumalumi-
schicht eine metallische Halteschicht aufgeschrumpft niumsilikat (MAS) und einer äußeren Halteschicht 12
Dadurch ist der vorbekannte Verbundkörper, ein La- aus kohlenstoffaserverstärktem Graphit. Die Kontur
gerring, an seinem Innenumfang auch bei erhöhten der keramischen Innenschicht 10 verläuft in Richtung
Temperaturen sehr verschleißfest und weist aufgrund 55 auf die Zylinderlaufbuchse 23 so, daß der Innenraum der
des aufgeschrumpften Metallringes hohe Festigkeit auf. Vorbrennkammer 22 sich zuerst konisch verengt, an-
Bei hohen Temperaturen auf der Innenseite dieses Ver- schließend zur Bildung eines bauchigen Brennraums 19
bundkörpers erfolgt jedoch in erheblichem Maße ein sich kegelstumpfförmig erweitert und dann beckenartig
Wärmetransport nach außen durch den metallischen zusammenzieht, um daran anschließend zylindrisch zu
Außenring. 60 verlaufen. Die Außenkonlur der Vorbrennkammer 22
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ver- verläuft in ihrem oberen und unteren Bereich zylin-
bundkörper der eingangs genannten Gattung zu schaf- drisch, mit einem dazwischenliegenden sphärischen
fen, der zusätzlich zu seiner thermischen und mechani- Übergangsbereich.
sehen Belastbarkeit eine gute Wärmeisolierung gewähr- Die Vorbrennkammer 22 ist, damit die äußere Halteleistet. 65 schicht 12 aufgebracht werden kann, aus drei axial auf-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, einanderfolgenden Abschnitten zusammengesetzt, wo-
daß zwischen der Innenschicht und der Halteschicht aus bei die Teilebenen beim Zusammenstoß der beiden Ke-
faserverstärktem Werkstoff oder Metall eine Zwischen- gelstümpfe und beim großen Beckendurchmesser lic-
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