DE2354254C3

DE2354254C3 - Metallischer Hohlkörper

Info

Publication number: DE2354254C3
Application number: DE2354254A
Authority: DE
Inventors: Asuhiko Komatsu; Yasuo Toyota Aichi Okada
Original assignee: Toyota Jidosha Kogyo KK
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1972-11-01
Filing date: 1973-10-30
Publication date: 1981-10-01
Also published as: DE2354254A1; DE2354254B2; AU6195973A; JPS4966533A; JPS5116168B2; CA1004436A; US3939897A

Description

Die Erfindung betrifft einen metallischen Hohlkörper mit wärmeisoliefender Auskleidung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1,

Bei der Verwendung derartiger metallischer Hohlkörper als Abgas- oder Abgassammelleitung, bei der der hohle Kern eine Auskleidung derselben bildet, kann man, bei Mischung mit einer geeigneten Menge sekundärer Luft, eine Nachverbrennung der von dem Verbrennungsmotor abgegebenen Abgase vornehmen, um noch nicht oder nur unvollständig verbrannte Bestandteile des Abgases, wie Kohlenmonoxid oder unverbrannte Kohlenwasserstoffe, vollständig zu verbrennen. Die Wärmeaufnahme dieser Auskleidungen erfolgt im Auslaßbereich. Derartige Anordnungen erfüllen also dieselbe Funktion wie Reaktoren oder Nachbrenner in der Abgasleitung.

Bekannte Anordnungen haben den Nachteil, daß der adiabatische Effekt sehr gering ist; ferner ist die Leistung bei der Reinigung der Abgase sowie die Dauerhaftigkeit über lange Benutzungszeiträume bei hohen Temperaturen ebenfalls nur gering.
Die Anordnungen sind kompliziert, und ihre Herstellung wirtschaftlich nicht möglich. Die Herstellung aus hauptsächlich metallischem Material eignet sich nicht für hohe Stückzahlen und/oder verursacht hohe Kosten.

Um diese Nachteile zu verhindern, sind nun als Abgas- oder Abgassammelleitungen zu diesem Zweck verwendbare metallische Hohlkörper bekanntgeworden (DE-OS 2163 717). Bei Herstellung dieses Verbundgußstückes wird darauf geachtet, daß beim Erstarren weder der metallische noch der keramische Teil fehlerhaft ist, d.h. Risse aufweist. Daher hat man lediglich die äußere Oberfläche des Hohlkernes porös gemacht; er wird in eine Form eingesetzt und die Form als Ganzes erhitzt. Das Metall dringt in die durch die Poren an der Oberfläche des Hohlkernes gebildeten Öffnungen wie eine Art Imprägnierung ein. Bei der Erstarrung bzw. Erkaltung des Metalls treten Kompressionskräfte auf, die sich danach infolge eines Fließ-Phänomens entspannen, das örtlich an der Stelle der mechanischen Veicindung zwischen dem in das Metall eindringenden, nichtmetallischen, hitzebeständigen Keramik-Material und dem Metall auftritt. Das damit entstehende Verbundgußstück arbeitet auch über eine bestimmte Zeit und bei bestimmten geometrischen Konfigurationen einwand frei.

Nichtsdestoweniger befindet sich das Verbundgußstück in einem Fließzustand, in dem potentiell feinste Risse an der Stelle der mechanischen Verbindung von keramischem Material und Metall auftreten

W können, obwohl sie zunächst noch nicht erkennbar oder feststellbar sind. Setzt man das Verbundgußs'ück aber in einem mechanischen System ein, das erheblichen Vibrationen unterliegt, z. B. in einem Verbrennungsmotor, dann entwickeln sich sehr schnell Risse zwischen dem keramischen und dem metallischen Teil. Versuche haben gezeigt, daß die Dauerhaftigkeit eines derartigen metallischen Hohlkörpers bei mechanischen Vibrationen noch nicht zufriedenstellend ist. Diese Schwierigkeit tritt insbesondere dann auf, wenn andere als runde, d. h. kompliziertere geometrische Ausgestaltungen des Hohlkörpers verwendet werden, Es ist auch schwierig, keramische Hohlkcrne herzustellen, die lediglich 'auf ihrer äußeren Oberfläche porös sind. Das trifft insbesondere für die Abgassysteme von Verbrennungsmotoren und für relativ dünnwandige Teile zu.

Es ist demgemäß Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen metallischen Hohlkörper der eingangs

genannten Art zu schaffen, der diese Nachteile nicht aufweist und der insbesondere unter starker mechanischer Belastung weniger die Gefahr in sich birgt, daß Risse u. dgl. auftreten.

Diese Aufgabe wird bei einem metallischen Hohlkörper der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Ein derartiger metallischer Hohlkörper kann als Abgas- oder Abgassammelleitung für Verbrennungsmotoren derart eingesetzt werden, daß der Hohlkern die Auskleidung derselben bildet. Es läßt sich damit eine günstige Nachverbrennung schädlicher, noch unverbrannter Gase, so insbesondere des Kohlenmonoxids und unverbrannter Kohlenwasserstoffe, erreichen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung und ihrer vorteilhaften Weiterbildungen werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es stellt dar zo

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen metallischen Hohlkörper,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen Zylinderkopf,

F ig. 3 einen Längsschnitt durch eine Abgassammeileitung.

Wie schematisch aus Fig. 1 zu ersehen, stellt man zunächst einen rohrförmigen keramischen Teil 1 her, dessen Elastizitätsmodul gering ist, dessen Biegefestigkeit innerhalb eines bestimmten Bereiches liegt und dessen äußere Oberfläche glatt ist. Der rohrförmige Teil 1 wird dann in eine Gußform eingesetzt, und dann mit einer Metallschmelze umgössen. Die Schmelze bildet nach Erstarren und Erkalten auf dem rohrförmigen Teil 1 einen metallischen Teil 2 in Form einer den keramischen Teil umgebenden Schicht.

Dabei ist es wichtig, die Wandstärke, den inneren Durchmesser des rohrförmigen keramischen Teiles 1, den Elastizitätsmodul, sowie die Biegefestigkeit des Materials des keramischen Teils optimal auszuwählen (siehe dazu weiter unten). Ferner muß ilie äußere Oberfläche des rohrförmigen keramischen Teils 1 glatt sein. Sie darf keina Öffnungen, Poren oder Löcher aufweisen, in die die Metallschmelze eindringen kann.

Erfüllt das keramische Materia! diese Anforderungen, so erhält man rohrförmige Erzeugnisse wie das in Fig. 1 gezeigte, die dauerhaft und fehlerfrei sind, ohne daß sich zwischen dem keramischen und dem metallischen Teil zumindest potentiell Risse oder Sprünge bilden können in Form eines doppelwandig strukturierten Erzeugnisses aus einem metallischen und einem keramischen I eil.

Die Haltbarkeit und I'ehlerlosigkeit dieser doppelwandigen Struktur beruht auf folgenden Gründen: Die Metallumgießung der Außenfläche des keramischen rohrförmigen Teils fuhrt während des Erstarrens und Erkaltens natürlicherweis? zu einer Kontraktion. Am keramischen Teil 1 wird eine Kompressionskraft und am metallischen Teil 2 eine Dehnungskräft wirksam.

Da herkömmliche keramische Materialien einen hohen Elastizitätsmodul haben, kommt es im Bereich der auftretenden elastischen Kräfte kaum ZU einer Ver* formung; da andererseits die Kompressionskraftjedoch sehr hoch ist, wird um metallischen Teil eine hohe Dehnungskraft wirksarri, die häufig zu Brüchen und/ öder Rissen in diesem führt.

Ist die Wandstärke des keramischen Teiles jedoch gering und die Kompressionskraft ebenfalls relativ gering, dann führt die Kompressionskraft zum Brechen des keramischen Teiles.

Daher ist es notwendig, den Elastizitätsmodul des keramischen Materials so weit herabzusetzen, daß sich ein geeigneter Bereich der Biegefestigkeit ergibt; ferner muß die Wandstärke des keramischen Teils dem Elastizitätsmodul, der Biegefestigkeit und der Kompressionskraft der Metallschmelze im Zeitpunkt der Erstarrung und Erkaltung entsprechen. Der innere Durchmesser des keramischen rohrförmigen Teils 1 kann sich innerhalb der Elastizitätsgrenzen bei Auftreten der Kontraktion durch die Gußschmelze bei der Erstarrung der Schmelze vermindern, so daß diese Belastung vom keramischen Teil aufgenommen und abgebaut werden kann; ein Bruch kann nicht mehr auftreten; der metallische Teil bleibt unbeschädigt und fehler/rei.

Die Verbindung des rohrförn;<§en keramischen Teils mit dem metallischen Teil in d^m Bereich in dem beide Teile aneinandergrenzen, ist keine mechanische Verbindung, wie sie z. B. durch Eindringen von Metall in den keramischen Teil entstehen würde; es enU'.sht also nicht die Gefahr eines potentiellen Bruches. Die Verbindung des keramischen Teils mit dem metallischen Teil ist vielmehr im vorliegenden Fall eine Art Schrumpfsitz, der durch Kontraktion des M etalls während der Erstarrung und Erkaltung entsteht; es ergibt sich demzufolge ein Gleichgewicht zwischen Kompressionsbelastung und Dehnungsbelastung innerhalb der Elastizitätsgrenzen. Daher kann die Verbindung mechanische Vibrationen mit hinreichender Standfestigkeit auf Dauer aushalten. Auch bei wiederholter Erhitzung und Erkaltung der Verbindungsstelle durch das durch das Innere des rohrförmigen Teils hindurchgeleitete Gas wird die am keramischen Teil wirksame Kompressionskraft nicht auf dtn We¹I Null reduziert, solange das Metall nicht schmilzt. Auf diese Weise wird ein genügender gegenseitiger Eingriff ohne Fenlergefahr sichergestellt

Im folgenden werden die aufeinanderfolgenden Herstellungsvorgänge erläutert:

Eine Möglichkeit der Herstellung von keramischem Material mit geringem Elastizitätsmodul besteht darin, eine Anhäufung feuerfesten Materials zu verwenden, dessen größte Korngröße kleiner als Ά der kleinsten Wandstärke des keramischen rohrförmigen Teils ist.

KW Teile (hier und im folgenden bedeutet dies: Gewichtsteile) dieser Anhäufung werden mit SO bis 40 Teilen Tonerdezement als Bindemittel zusammengegeben; zu 100 Teilen rtieser Mischung werden 15 bis 30 t„\\s Wasser zugegeben. Fs wird dann umgerührt und gründlich gemischt, so daß man eine schlammartige Überzugsmasse erhält.

Als hitzebeständige Materialien kommen in Frage, lehmhaltige Schamotte. Tonerde (Aluminiumoxid). Siliziumoxid, Sillimanit. Mullit, Zirkon, Chromit, Magnesia-Sintersohlacke, (Magnesia-Klinker), Siliziumkarbid, Elektrokorund, Quarzgut, Kyanit, Magnesia, geschmolzener Spinell, Siliziumnitrid, Chrommagnesia, Chrommagnesit, VermikulK, VermiküliU asbest, Baryt, gebrannte Diatomeenerde, Bimsstein usw,

Dann wird ein geeigneter Kern zur Bildung des Hohlraumes in der Gußform aus Holz, synthetischem Harz, Gips usw. hergestellt, Die erwähnte Überzugsmasse wird dann schnell In die Gußförm eingegossen. Die Gußform selbst oder im Falle keramischer Teile mit

komplizierten Formen auch den Kern kann man [eicht aus Materialien wie aufgeschäumten Polystyrol usw. herstellen, die in organischen Lösungsmitteln, z. B. Azeton, Benzol, Toluol, Methyläthylketon usw. lösbar sind.

Das Eingießen der Überzugsmasse wird erleichert, wenn die Gußform als Ganzes dabei einer leichten Vibration ausgesetzt wird; dadurch wird das Auftreten großer Blasen an der Oberfläche des keramischen Teils vermieden. Besonders bei dicker Wand des keramischen Teils ist auch die Anwendung von Druck beim Eingießen zu empfehlen.

Nach dem Eingießen läßt man die Überzugsmasse 4 bis 24 Stunden lang in der Gußform aushärten. Ist die gewünschte Festigkeit erreicht, dann nimmt man den Überzug und gleichzeitig auch den Kern heraus. Danach wird die geformte Überzugsmasse zunächst bei Temperaturen von 70 bis 1O5°C getrocknet; man muß jedoch dabei Sorgfalt weiten !asssn: Dis T?mⁿ?- ratur darf nicht zu schnell erhöht werden, um das Auftreten von Sprüngen und/oder Rissen zu vermeiden.

Zum Abschluß erfolgt dann eine Hochtemperatur-Erhitzung. Da der Elastizitätsmodul und die Biegefestigkeit von der Temperatur bei dieser Erhitzung abhängen, müssen die Bedingungen bei der Erhitzung je nach Qualität des Materials, Form des keramischen Teils und Material der Gußschmelze in geeigneter Weise bestimmt werden.

Es ist zu empfehlen, den keramischen Teil zumindest bis zur Gußtemperatur der Metallschmelze zu erhitzen, Gußfehler, wie z. B. Gußblasen,beim Eingießen des Metalls zur Umhüllung des keramischen Teils zu vermeiden. Wird die Temperatur jedoch zu hoch gewählt, dann beginnt die Anhäufung des wärmebeständigen Materials selbst zusammenzubacken, und es erfolgt demgemäß eine Veränderung des Elastizitätsmoduls und der mechanischen Festigkeit; ferner schrumpft dann der keramische Teil sehr stark. Mari muß daher Vorkehrungen treffen, um dies zu vermeiden. Strebt man eine besondere Hochtemperatur-Festigkeit an, so empfiehlt es sich die Verwendung eines Phosphat-Bindemittels, z. B, primäres Aluminiümphosphat. Um den keramischen rohrförmigen Teil in vorbestimfnter Position in eine Gußform einzusetzen, muß an beiden Enden des keramischen Teils ein Bereich für Kernmarken vorgesehen werden; diese können mit dem Kern einen Teil bilden oder durch das Formen von Sand mit Hilfe des Kohlendioxid-Verfahrens, des Schalengußverfahrens, des Ölsandverfahrens usw. hergestellt werden.
Hat der rohrförmige keramische Teil eine nur dünne Wand und besteht deshalb die Möglichkeit der Zerstörung der Wand infolge des Druckes der Gußschmelze während des Gießens, kann man dem dadurch begegnen, daß das hohle Innere des keramischen Teils in der hereits erwähnten Weise mit Formsand

2o gefüllt wird.

Danach wird dann die Gußschmelze in die Gießform, in die das keramische Teil eingesetzt worden ist, eingegossen.
Hinsichtlich der Qualität der Gießschmelze bestehen keine Einschränkungen. Es können z. B. verwendet werden: Grauguß, Kugelgraphitguß, legiertes Gußeisen, Gußstahl, legierter Gußstahl, Aliminiumlegierungen. Kupferlegierungen, Magnesiumlegierungen, Zinklegierungen usw.

Die Bestimmung von Biegefestigkeit, Elastizitätsmodul, Wandstärke des keramischen Teils, Querschnitt desselben und Art der Gußschmelze muß unter Beachtung der obenerwähnten Gesichtspunkte erfolgen.

Für das in Fig. 1 dargestellte rohrförmige Erzeugnis sind in den folgenden Tabellen 1 und 2 die bei Experimenten verwendeten bzw. festgestellten Daten angegeben.

Tabelle 1

Umhüllung des keramischen Rohres mit einem metallischen Teil aus einer Aluminiumlegierung

Art der Keramik

Biegefestig	Elastizitäts	Wandstärke
keit ,	modul
kg/cm²	kg/mm	mm
80	3 500	12
80	3 500	8
150	5 OtXJ	11
150	5000	6
500	10 000	8
500	10 000	5

Ergebnis

Siliziumhaltig
Siliziumhaltig
Tonerdehaltig
Tonerdehaltig
Tonerdehaltig
Tonerdehaltig

Tabelle 2

Umhüllung des keramischen Rohres mit einer Umhüllung aus Grauguß kleine Risse auf der Keramik
keine Fehler

feine Risse auf der Keramik
keine Fehler
unbrauchbare Keramik
große Risse auf der Keramik

Art der Keramik

Biegefestigkeit kg/cm²

Elastizitätsmodul kg/mm

Wandstärke Ergebnis

Siliziumhaltig	100	4000	15
Siliziumhaltig	100	4000	10
Tonerdehaiüg	150	5000	12
Tonerdehaltig	150	5000	8
Tonerdehaltig	700	15 000	10
Tonerdehaitig	700	15 000	5

kleine Risse auf der Keramik

keine Fehler

kleine Risse auf der Keramik

keine Fehler

sowohl Metall als auch

Keramik fehlerhaft

Bei den in den Tabellen I und 2 dargestellten Versuchen war der innere Düfchfriessef des rohrförmigen keramischen Teils 40 mm; die Wandstärke des umhüllenden metallischen Teils war bei der Aluml· niumlegierung 6 mm Und beim Grauguß 4,5 mm.

Ei.nc AusweftungderErgebnisse nach Tabelle 1 und2 zeigt, daß Pur der) keramischen Teil des Erzeugnisses folgende Bedingungen gegebon seih müssen, um damit ein doppelwandig strukturiertes Erzeugnis zu erhalten, das fehlerfrei ist:

(1) Der Elastizitätsmodul muß im Bereich von 200 bis 5000 kg/mm' liegen.

Ist der Elastizitätsmodul kleiner als 200 kg/mm \ dann ist der keramische rohrförmige Teil zu leicht verbiegbar und das Erzeugnis aus diesem Grunde praktisch nur von sehr fragwürdiger Haltbarkeit, obwohl es zunächst, soweit feststellbar, fehlerfrei ist. Ist der Eiusimüusmuüui grüGur als 5000 kg/ffim¹, lsi die Verformung nicht ausreichend; der keramische Teil hat die Tendenz zu reißen bzw. zu springen. Man erhält keine fehlerfreien Erzeugnisse mehr.

(2) Die Biegefestigkeit muß im Bereich von 8 bis 200 kg'cm⁵ liegen.

Eine geringere Biegefestigkeit führt zu Schwierigkeilen hinsichtlich der Haltbarkeit; eine höhere j_s Biegefestigkeit führt jedoch selbst dann zu nicht mehr fehlerfreien Erzeugnissen, wenn der Elastizitätsmodul und die Wandstärke innerhalb akzeptabler Grenzen liegen. Die genannten Grenzen der Biegefp iigkeit sichern eine hinreichende Flexibilität des keramischen rohrförmigen Teils.

(3) Die äußere Oberfläche des rohrförmigen keramischen Teils, die Kontakt mit dem metallischen Teil hat, muß glatt sein, d. h. sie darf nicht so porös sein, daß das Metall in sie eindringen kann.

Über das gesamte Produkt muß eine gewisse Homogenitat des Elastizitätsmoduls, der Biegefestigkeit, der Porosität und der weiteren mechanischen Eigenschaften gewährleistet sein. Ist z.B. die Biegefestigkeit an einer bestimmten örtlichen begrenzten Stelle nicht zufriedenstellend, wird sich die mechanische Belastung auf diese Stelle konzentrieren und deshalb das Kräftegleichgewicht nicht mehr gewährleistet sein, so daß das Erzeugnis fehlerhaft wird.

Außerdem sieht man aus den Tabellen, daß die Wandstärke weniger als ¹U des inneren Durchmessers an der betreffenden Stelle beträgt. Ist die Wandstärke größer, dann ist die Verformung selbst dann schwierig, wenn der Elastizitätsmodul gering ist; man erhält keine fehlerfreien Erzeugnisse mehr. Hat der rohrförmige keramische Teil einen rechteckigen Querschnitt, dann wird anstelle des Durchmessers die Länge der Diagonale des Querschnitts in Betracht gezogen.

Das nach dem beschriebenen Verfahren hergestellte Erzeugnis beschleunigt bei seinem Einsatz hinter dem Verbrennungsraum eines Verbrennungsmotors als führendes Rohr eine Nachverbrennung, weil der keramische Teil viel weniger wärmeleitend als das Metall ist und hervorragende adiabatische Eigenschaften hat. so daß die Wärme des durch sein Inneres hindurchgerührten Gases mit sehr viel höherem Wirkungsgrad aufgenommen und gehalten werden kann. Das keramische Material hat auch eine sehr hohe Wärmekapazität Deshalb hält der Wandbereich

rzeugnisses eine ⁶S

hohe Temperatur auch dann, wenn sich die Betriebsbedingungen eines Verbrennungsmotors ändern und die Temperatur des bei der Verbrennung entstehenden Abgases sinkt; so kann man auch bei sich ändernden Betriebsbedingungen eine Nachverbrennung aufrechterhalten, Deshalb können die schädlichen unverbfann·¹ ten Gase im Abgas verbrannt werden.

Für Haltbarkeit bzw. Dauerfestigkeit ist maßgebend, daß der keramische Teil einen geringen Elastizitätsmodul hat und daher mechanische Vibrationen leicht absorbiert; die iiiieiiinnder angrenzenden Bereiche des keramischen und des metallischen Teils bilden eine Art Schrumpfsitz als Folge des Gleichgewichts dor kompressionskraft und der Dehnungskraft; das ermöglicht die Verwendung der Erzeugnisse in einer Umgebung, die ganz erheblichen Vibrationen ausgesetzt ist und wie z.B. bei Motoren vorliegt. In thermischer Hinsicht ergeben sich keine Probleme, da keramische Materialien insoweit Metallen überlegen sind.

Je nach ihrerQualilät sind einige keramische Materialien bei Temperaturen, um !000⁰C instabü. Verwende! man solche Materialien, so ist es zweckmäßig, ihre innere Oberfläche mit wärmebeständigem Material zu beschichten, so z. B. mit kolloidem Siliziumoxid. Älhylsiliknt, primärem Aluminiumphosphat usw. Das kann vor oder nach dem Umhüllen dos keramischen Teils durch Umgießen mit Metall geschehen.

Ein wie beschrieben hergestelltes doppelwandig strukturiertes rohrförmiges Erzeugnis kann als Auskleidung, Fuller oder Einsteckrohr für eine Abgasleitung vom Verbrennungsraum eines Verbrennungsmotors zu der Abgas-Abgabeöffnung im Zylinderkopf, als Abgassammelleitung mit großer Kapazilät.als A uBenbehälter eines Abgassammelleitung-Reaktors oder als Außenbehälter eines Nachbrenners verwendet werden.

Die wie beschrieben hergestellten Erzeugnisse sind nicht nur bei 2- oder 4-Takt-Benzinmotoren, sondern bei allen internen Verbrennungsmaschinen einschließlich Reaktions- und Dieselmotoren einsetzbar. Neben der Abgasreinigung können sie auch zufriedenstellend zum Wärmeentzug von Gasen verwendet werden.

Im folgenden werden einige HcrstcIIungsbeispicle angegeben.

Beispiel I

Das Erzeugnis wurde so hergestellt, daß sich die Auskleidung eines Zylinderkopfes eines 1600-ccm-4-Zylinder-Benzinmolors ergab, der im Querschnitt in Fig. 2 dargestellt ist. Der die Auskleidung bildende keramische Teil 3 hatte eine Wandstärke von 4 mm. entlang der Mittellinie eine Gesamtlänge von 90 mm und einen rechteckigen Querschnitt von 27X32 mm.

Das keramische Material wurde wie folgt hergestellt: 20 Teile Tonerdezement wurden mit 75 Teilen Quarz_r gut zusammengegeben, bei dem die größte Korngröße 2,5 mm betrug. Danach wurden 22 Teile Wasser mit tOO Teilen dieser Mischung gemischt und umgerührt, so daß man die schlammartige Überzugsmasse erhielt. ineineGußformausHarz,dieenlsprechendderäuBeren K ontur der Auskleidung erstellt wurde, wurde ein Kern aus aufgeschäumtem Polystyrol mit den Abmessungen der Innenkontur der Auskleidung eingesetzt. Die Überzugsmasse wurde dann eingegossen. Dabei wurde die Gußform als Ganzes Vibrationen ausgesetzt Die Überzugsmasse wurde ungefähr 16 Stunden stehengelassen; sie wurde dann aus der Gußform herausgenommen. Der Kern wurde mit Azeton herausgelöst. Dergegossene Tei£ wurde danach zunehmend 24 Stunden lang bei einer Temperatur von 70 bis 200⁰C getrocknet; danr folgte eine Hochtemperaturtrocknung für die Dauer von 24Stunden, bei der die Temperatur auf 850⁰C erhöht

, kopf wurde auf eine Λ Verbrennungsmotor montiert.

* öerso gewonnene keramische Teil hatte eine Biege- Die Untersuchung des Abgases ergab, daß dessen festigkeit von 100 kg/cm² einen Elastizitätsmodul von Gehalt an Kohlenstoffinonoxid undI Kohlenwasser-5?0 kg/mm" SS spSsches Schüttgewicht (Raum- stoffen im Vergleich mit herkömml chen Aus eidunacwicht) von 1,60. Es efgab sich eine Dimensions- 5 gen etwa 40% geringer war. Um die Haltbarkeit zu KehunE von-ö j* untersuchen, wurde die Umdrehungszahl des Motors

Dieser gero?mteTei würde auf einer! Holzrahmen lOOOOOmal sehr schnell von lOOOauf 6000 UpM erhöht aufcSeteL DerTeil für die Kemmarken wurde mit dem und jeweils sofort wieder auf 1000 UpM reduz.ert. Es Oieükcrn als ein Teil nach dem kohlenstoffdioxid- ergaben sich keine Fehler. Verfahren gebildet. Dieser Gußkern wurde in eine to Beispiel 3

MetaliiUißform eingesetzt. Dannn wurde der Zylinder* ... .

koDrüeBossen ^{I5 Teilc} Primäres Alumimumphosphal wurden mit

Es wurde eine Aluminiumlegierung verwendet. Der lOOTe.lenaluminiumoxidhaltigemMaterialzusammen-Guß erfolgte bei 75O⁰C und niederem Druck. Die gegeben und wie Beispiel 2 weiterverarbeitet, um die Aluminiumlegierung enthielt 3.5% Kupfer, 9,5% SiIi- 15 Überzugsmasse zu erhalten.

ium 0,5% Magnesium und den Rest Aluminium. Nach Die weitere Herstellung bis zur Entfernung des dem bieflen wurde der Kernsand entfernt, es folgte keramischen Teils aus der Gußform erfolgte wie im eine Wärmebehandlung (japanische Industrienormen Beispiel I Die Trocknung erfolgte_ zunächst bis zu -15) bei 200"C RIr die Däü* von 3 Stunden zur 20O=C. dann für die uauer von 24 stunden bei einer Erhöhung der Festigkeit der Aluminiumlegierung. jö Temperatur von 1200⁰C. Der so gewonnene keramische

Der mit dem keramischen Teil als Auskleidung ver- Teil hatte eine Biegefestigkeit von 190 kg/ cm² einen sehene Zylinderkopf wurde in einen Motor eingebaut. Elastizitätsmodul von 4800 kg/mm .ein spezifisches Die Untersuchung von Zusammensetzung und die Schüttgewicht (Raumgewicht) von 2,75 und eine l>i-Temperatur des Auspuffgases zeigte, daß der Gehalt an mensioiisabweichung von-0,63%. ....

iohlensloffmonoxid und Kohlenwasserstoffen in Ver- >₅ Die weiteren Schritte der Herstellung der Auskiew gleich mit herkömmlichen Auskleidungen 50% geringer dung eines Zylinderkopfes waren deselben wu. in und die Temperatur in Umgebung der Auslaßöffnung Beispiel 2. Nach Montage des Zylinderkopf« erhielt der Auskleidung um 150⁰C höher war. Unter voller man dieselben Teslergebnisse fur Leistung und Last wurde bei 6000 UpM ein 100-Stunden-Dauertesl Standfestigkeit wie im Beispiel 2. vorgenommen. Es ergaben sich keine Fehler. 3° Beispiel 4

Das Erzeugnis wurde so hergestellt, daß sich die

Beispiel 2 Auskleidung einer Abgassammelleitung großer Kapazi

tät für einen 2000-ccm-4-Zylinder-Benzinmotor ergab,

Das Erzeugnis wurde so hergestellt, daß sich die Aus-35 wie dies in Fig. 3 im Querschnitt dargestellt ist. Der kleidung eines Zylinderkopfes eines 2000-ccm-4-Zylin- keramische Teil 4 hat die Form eines Mehrfachrohres. der-Benzinmotors ergab. Der keramische Teil hatte Die Wandstärke betrug 6 mm, der innere Durchmesser eine Wandstärke von 4,5 mm, entlang der Mittellinie an den Einlaßöffnungen 5 35 mm, der an der Auslaßeine Gesamtlänge von 110 mm und einen rechteckigen öffnung 6 42 mm.

Querschnitt von 32X40 mm. Das keramische Material 4° Das keramische Material wurde durch Zugabe von wurde wie folgt hergestellt: 20 Teile Tonerdezement 20 Teilen Tonerdezement zu 80 Teilen aluminium jxid· wurden mit 20TeiIen alumini'>moxidhaltigem Material haltieem Zuschlagstoff gewonnen, dessen arfinte K_Omzusammengegeben, bei dem die größte Korngröße größe 4 mm betrug. Zu 100 Teilen dieser Mischung 3 0 mm betrug Danach wurden 20 Teile Wasser mit wurden 20 Teile Wasser beigegeben, um die schlamm-100 Teilen dieser Mischung gemischt und zu einer 45 artige Überzugsmasse zu bilden. Sie wurde wie im Überzugsmasse geknetet. Beispiel 1 in eine vorbereitete Form eingegeben; man

Die weitere Herstellung bis zum Herausnehmen des erhielt so den nach Art eines Mehrfachrohres auskeramischen Teils aus der Gußform waren gleich wie gebildeten keramischen Teil 4. Dieser wurde bis zu bei Beispiel 1. Die Trocknung erfolgte zunächst bis einer Temperatur von 155O⁰C erhitzt. Der so gewon-200⁰C danach bis 1400⁰C; bei dieser Temperatur 50 hene keramische Teil hatte eine Biegefestigkeit von wurde 'der keramische Teil 48 Stunden lang belassen. 180 kg/cm², einen Elastizitätsmodul von 4800 kg/mnr, Die Biegefestigkeit des so gewonnenen keramischen ein spezifisches Schüttgewichl (Raumgewicht) von 2,85 Teiles war 450 kg/cm², der Elastizitätsmodul und eine Dimensionsabweichung von -0,70/». Der 1500 kg/mm² spezifisches Schüttgewicht (Raum- keramische Teil wurde mit dem eigentlichen Gußkem eewichrt 2.80- es ergab sich eine Dimensionsabwei- 55 zusammen nach dem Kohlendioxidverfahren als ein chung von-0 65% Teil ausgebildet und in eine Gußform eingesetzt. Bei

Dieser geformte keramische Teil wurde in eine er- einer Temperatur von 135O⁰C wird eine Kugelgraphitwärmte Metallform eingesetzt Durch Einblasen von eisenschmeize eingegossen. DieZusammensetzungdes Formsand erhielt man einen Schalenmodellkern für Kugelgraphiteisens war^3,8%Kohleastoff, 2JA SiIiden GuSvorgang, der als ein einziger Teil auch die 6o_Zium, 0,5 V. Mangan, 0,0·. «Λ Magnesium, Rest E^sen. Keramark JmIt umfaßte. Dieser Kern wurde in eine Die AbgassammeUeitung,wurdem einem Motorrnonungebrannte Sandform eingesetzt. Dann wurde der tiert Tests z&igten, daß der Kohlenmonoxidgehalt zSeiopf gegossen. Es wrde Grauguß verwendet. um 6Oo/„ und der Gehalt ah Kohlenwasserstoffen um DieTemperatur der Schmelze betrug 138O°C. Die 35Vo im Vergleich zu herkömmlichen Abgassammei-Zusammensetzung der Schmelze war: 33% Kohlen- 65 leitungen abnahm. Ein Betrieb dieses Motors in stoff 2 0% Si!izi»^m ⁿ Vl· Mangan, P.est Eisen. eines Dauertest über 50000 km uci uuun vj^-

beVmitdemkeramiVchenTeUausgekleideieZyliiSier- schwindigkeit ergab keine Fehler.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Metallischer Hohlkörper mit wärmeisolierender Auskleidung, bestehend aus einem Hohlkern aus nichtmetallischem, hitzebeständigem Materia! und mit einer Wandstärke von weniger als ¹U seines Innendurchmessers, der mit einem durch Umgießen hergestellten metallischen Teil umgeben ist und mit diesem ein doppelwandiges Verbundgußstück bildet, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkern (1, 3, 4) eine glatte Oberfläche, einen Elastizitätsmodul von 200 bis 5000 kg/mm² und eine Biegefestigkeit von 8 bis 200 kg/cm² aufweist.

2. Metallischer Hohlkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der den Hohlkern (1, 3,4) umgebende metallische Teil (2) aus einem der folgenden Materialien besteht: Grauguß, Kugelgraphiieisen. legiertes Eisen, Stahlguß, legierter Stahlguß, Aiuminiumiegierungen, Kupferiegierungen, Magnesiumlegierungen, Zinlclegierungen.

3. Metallischer Hohlkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkern (1, 3, 4) eine Korngröße von weniger als '/., seiner geringsten Wandstärke aufweist

4. Hohlkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, durch gekennzeichnet, daß für das hitzebeständige Material einer der folgenden Stoffe: lehmhaltige Schamotte, Aluminiumoxid, Siliziumoxid, Sillin: ;nit, Mullit, Zirkon, Chromit, Magnesia-Klinker, Siliziumkar¹-id, Elektrokorund, Quarzgut, Kyanit, Magnesia, geschmolzener Spinell, Siliziumnitrit, Chrommagnesia, Chrommagnesit, Vermikulit, VermiKulitasbest, Baryt, gebrannte Diatomeenerde, Bimsstein, ausgewählt ist, dem das Bindemittel, wie Tonerdezement oder Aluminiumphosphat, zugegeben ist.

5. Verfahren zur Herstellung eines metallischen Hohlkörpers nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkern vor dem Umgießen ausgehärtet, danach zu nächst bei einer Temperatur von 70 bis 200⁰C getrocknet und danach auf eine Temperatur von 850 bis 155O⁰C erhitzt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhitzung zumindest auf diejenige Temperatur erfolgt, die die Metallschmelze, mit der der Hohlkern umgössen wird, aufweist.

7 Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Trocknung fur eine Dauer von ca. 4 bis 24 Stunden erfolgt.

8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhitzung für eine Dauer von 24 bis 48 Stunden erfolgt.

9. Verwendung eine3 metallischen Hohlkörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 4 als Abgas- oder Abgassammelleitung bei Verbrennungsmotoren derart, daß der Hohlkern eine Auskleidung der Abgas- oder Abgassammelleitung bildet.