DE2733404A1 - Verfahren zum montieren eines keramischen mantels in einem metallgehaeuse - Google Patents

Verfahren zum montieren eines keramischen mantels in einem metallgehaeuse

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DE2733404A1
DE2733404A1 DE19772733404 DE2733404A DE2733404A1 DE 2733404 A1 DE2733404 A1 DE 2733404A1 DE 19772733404 DE19772733404 DE 19772733404 DE 2733404 A DE2733404 A DE 2733404A DE 2733404 A1 DE2733404 A1 DE 2733404A1
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Roelf Jan Meijer
Anton Marie Nederlof
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Philips Gloeilampenfabrieken NV
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Description

2733A0A
PHN. 8486.
Q WIJ/VJM.
06
11-2-1977.
"Verfahren zum Montieren eines keramischen Mantels in einem Metallgehäuse".
Die Erfindung bezieht sich auf ein Ver-
fahren zum Montieren eines keramischen Mantels in einem Metallgehäuse wie einem Zylinder oder einem Regeneratorgehäuse eines Heissgastnotors.
Aus der U.S.Patentschrift 3.861.146 ist ein Heissgasmotor bekannt, bei dem wenigstens diejenigen Teile des Zylinders und des Regeneratorgehäuses, die im Betrieb Arbeitsmedium (beispielsweise Wasserstoff oder Helium) hoher Temperatur und hohen Drucks umgeben, auf der Innenseite mit einem keramischen Mantel versehen sind.
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Die Erfindung bezweckt nun, ein einfaches und preisgünstiges Verfahren zu schaffen, mit dem ein Gefüge aus einem Metallgehäuse und einem keramischen Innenmantel erhalten wird, das bei den auftretenden hohen Arbeitsmediumdrücken (einige hundert Atmosphären) eine lange Lebensdauer aufweist.
Dazu weist das erfindungsgemässe Verfahren das Kennzeichen auf, dass der keramische Mantel mit Spielraum in das Metallgehäuse gesetzt wird, so dass zwischen dem Mantel und dem Gehäuse ein Spalt gebildet wird, wonach eine flüssige Füllmasse aus aushärtendem Material in dem Spalt gebracht wird, wobei daraufhin die Füllmasse einem Gasdruck höher als der atmosphärische Druck ausgesetzt und/oder das Gefüge aus Gehäuse und Mantel erhitzt wird, damit das Gehäuse gegenüber dem Mantel sich dehnt, wobei zum Schluss nach Aushärten der Füllmasse der Gasdruck bzw. die Erhitzung weggenommen wird.
Dadurch, dass der keramische Mantel mit
Spielraum in dem Gehäuse angeordnet wird und der Spalt zwischen dem Mantel und dem umgebenden Gehäuse mit Füllmasse gefüllt wird, ist eine aufwendige Oberflächenbearbeitung (beispielsweise Schleifen) der Innenwand des Gehäuses bzw. der Aussenwand des Mantels, was bei einer engen Passung der beiden Teile erforderlich wäre, nicht notwendig.
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Das unter Gasdruck Bringen der sich in
dem Spalt aushärtenden flüssigen Füllmasse führt nicht nur dazu, dass in der Füllmasse vorhandene Lunker (Luftblasen) verschwinden, sondern und insbesondere, dass das Metallgehäuse durch die Füllmasse als Druckübertragungsmittel gleichzeitig auf einen grösseren Durchmesser gehalten wird. Beim Wegnehmen des Gasdruckes nach Aushärten der Füllmasse nimmt der Durchmesser des Metallgehäuses wieder ab. Dadurch gelangt der keramische Mantel unter eine bleibende Druckvorspannung. Durch eine geeignete Wahl der aufgebauten Druckvorspannung ist diese immer grosser als oder gleich der im Betrieb des Heissgasmotors durch das Hochdruckarbeitsmedium im keramischen Mantel aufgebauten Zugspannung.
Durch Erhitzung des Gefüges aus dem Metallgehäuse/keramischen Mantel gegebenenfalls zusammen mit Anlegen des Gasdruckes, dehnt sich das Metallgehäuse mit seinem relativ grossen Dehnungskoeffizienten und der keramische Mantel dehnt sich fast nicht (Ausdehnungskoeffizient ist vernachlässigbar klein), wobei dann die Füllmasse bei grösserem Gehäusedurchmesser'aushärtet.
Auf diese Weise weist nach Abkühlung des Gefüges der keramische Mantel auch dadurch eine bleibende Druckvorspannung auf. Bei gleichzeitiger An-
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Wendung des Gasdruckes kann dieser Druck verhältnismässig niedriger gewählt werden.
Durch die obenstehend beschriebenen Massnahmen wird eine sehr gute Unterstützung des keramischen Mantels und dadurch eine lange Lebensdauer desselben und des Gefüges erhalten.
Als Füllmasse kann nach der Erfindung ein warmhärtendes Material (Thermohärter) verwendet werden, das gleichzeitig mit dem Gehäuse und dem Mantel erhitzt wird.
Auch ist es möglich, ein kalthärtendes Material zu verwenden.
Wegen der Druckvorspannung spielt die
Haftwirkung einer Füllmasse gegenüber den mechanischen Eigenschaften dieser Masse eine untergeordnete Rolle.
Die Erfindung bezieht sich weiter auf ein Metallgehäuse mit einem keramischen Innenmantel, der nach dem obenstehend beschriebenen Verfahren hergestellt worden ist.
Ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1a einen Längsschnitt durch eine Kombination aus einem Metallgehäuse und einem keramischen Mantel sowie eine Vorrichtung zum Zuführen einer kalthärtenden Füllmasse zum Spalt zwischen dem Gehäuse und
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dem Mantel,
Fig. 1b einen Längsschnitt gemäss Fig. 1a in dem Sinne, dass der Spalt nun mit flüssiger Füllmasse versehen ist,
Fig. 1c einen Längsschnitt entsprechend Fig. 1b, wobei der Spalt auf der Unterseite durch einen Bodenkolben abgeschlossen und eine Abdeckplatte vorhanden ist, die mit einer Zufuhr für Gas unter hohem Druck versehen ist,
Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Anordnung eines Mantels und eines Gehäuses, wobei der mit flüssiger kalthärtender Füllmasse gefüllte Spalt auf der Unterseite durch einen Bodenkolben abgeschlossen ist und auf der Oberseite ausgeweitet ausgeführt worden ist, während das Gehäuse mit einer Abdeckplatte mit einer Gaszufuhr versehen ist,
Fig. 3 einen Längsschnitt, die insofern von Fig. 2 abweicht, dass im betreffenden Fall die Spalterweiterung und die Abdeckplatte fehlen aber um das Gehäuse ein elektrisches Heizelement angeordnet ist.
Fig. h einen Längsschnitt gemäss Fig. 3, wobei ein inneres Heizelement und eine Abdeckplatte mit Gaszufuhr hinzugefügt worden sind.
In Fig. 1a ist mit dem Bezugszeichen 1 ein Stahlgehäuse bezeichnet, in dem ein keramischer
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Mantel 2 derart angeordnet ist, dass zwischen dem Gehäuse und dem Mantel ein Spalt 3 von beispielsweise 0,3 mm gebildet wird. Veiter ist eine Vorrichtung k zum Zuführen flüssiger aushärtender Füllmasse zum Spalt 3 vorhanden, welche Vorrichtung ein Gehäuse 5 enthält mit Bohrungen 6, die eine Kammer 7 mit dem Spalt 3 verbinden. Das Volumen der Kammer 7 lässt sich mittels eines Kolbens 8 ändern, der über eine Stange 9 betätigt wird. Zwischen dem Gehäuse 5 und dem keramischen Mantel 2 bzw. dem Stahlgehäuse 1 befindet sich eine Dichtung 10 bzw. 11, die in Rillen in der Wand des Gehäuses 5 aufgenommen ist,' während zwischen dem Gehäuse 5 und dem Kolben 8 eine Dichtung 12, die in eine Rille im Kolben 8 aufgenommen ist, vorhanden ist.
In der Kammer 7 befindet sich eine flüssige Masse 13 aus kalthärtendem Material, beispielsweise ein Epoxyharz, bekannt unter dem Handelsnamen "Araldite".
Das Ganze ist auf einer Platte ik angeordnet, durch die aus später zu erwähnenden Gründen ein Kolben 15 hindurchgeführt ist, der mittels eines nicht dargestellten Betätigungselementes auf und ab beweglich ist.
Das Stahlgehäuse 1 ist auf der Oberseite mit Aussengewinde 16 versehen.
Durch Abwärtsbewegung des Kolbens 8 wird aus der Kammer 7 durch die Bohrungen 6 flüssige Ftill-
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masse I3 in den Spalt 3 gepresst. Die Situation wird dann wie diese in Fig. 1b dargestellt ist.
Während die Füllmasse im Spalt 3 noch flüssig ist, wird die Vorrichtung 4 entfernt, der Kolben I5 hochgefahren, damit der Spalt 3 auf der Unterseite abgedichtet wird und auf dem Gehäuse 1 wird eine Abdeckplatte 17 geschraubt (Fig. 1c), wonach durch eine Zufuhr 18 darin ein Gas unter hohem Druck, das aus einer nicht dargestellten Quelle herrührt, dem Raum 19 zugeführt wird. Das Gas ist beispielsweise Luft, Argon, Stickstoff usw. Bei einer Wandstärke des Stahlgehäuses 1 von beispielsweise 5 nun beträgt der Gasdruck beispielsweise 400 Atmosphären, wenn das Gehäuse als Zylinder oder Regeneratorgehäuse eines Heissgasmotors verwendet wird.
Unter dem Einfluss des hohen Gasdruckes werden Gaslunker in der im Spalt 3 vorhandenen Füllmasse zusammengepresst und das Stahlgehäuse 1 "wächst" einigermassen im Durchmesser.
Der hohe Gasdruck wird solange beibehalten, bis die Füllmasse im Spalt 3 ausgehärtet ist. Daraufhin wird der Gasdruck weggenommen und der Kolben nach un,ten bewegt. Der Durchmesser des Stahlgehäuses 1 nimmt nun wieder ab und der keramische Mantel 2 gerät unter eine bleibende Druckvorspannung, die ausreicht um die später durch Arbeitsmedium im Heissgasmotor
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erzeugten Zugspannungen auszugleichen.
Bei Fig. 2 ist an der Stelle 20 der Spalt 3 erweitert ausgebildet und zwar zum Nachliefern von Füllmasse beim unter Druck Bringen und zum Ausgleichen der Volumenzunahme der aushärtenden Füllmasse. Nach Anbringen der flüssigen Füllmasse ist der Kolben 15 aufwärtsbewegt, wodurch der Spalt 3 auf der Unterseite abgeschlossen ist, die Vorrichtung h (Fig. 1a und 1b) entfernt und die Abdeckplatte 17 (Fig. 1c) angeordnet, so dass wieder Gas unter hohem Druck durch die Zufuhr 18 dem Raum 19 zugeführt werden kann.
Bei dem bisher beschriebenen Verfahren ist die kalthärtende flüssige Füllmasse im Spalt ausschliesslich hohem Gasdruck ausgesetzt.
Bei Fig. 3 ist der Spalt 3 mit einer flüssigen warmhärtenden Füllmasse, beispielsweise einem thermohärtenden Harz gefüllt. Das Gehäuse 1, der Mantel 2 und die flüssige Füllmasse im Spalt 3 werden nun mittels eines elektrischen Heizelementes 30 auf beispielsweise 180 C erhitzt. Nicht nur erhärtet dann die Füllmasse im Spalt 3i aber zugleich nimmt der Durchmesser des Stahlgehäuses 1 zu, während der Durchmesser des keramischen Mantels 2 nahezu konstant bleibt. Nach Aushärten des Füllmasse im Spalt 3 wird das Heizelement 30 ausgeschaltet und der Durchmesser des Stahlgehäuses 1 nimmt ab, wodurch der keramische Mantel 2
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AO
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wieder bleibend unter Druckvorspannung gerät.
Die Kombination der Erhitzung und des Gasdruckes ist in Fig. k dargestellt.
Ausser dem Heizelement 30 (Fig. 3) ist im Raum I9 ein zweites Heizelement 3I vorgesehen, dessen Stromzuführungsdrähte "}2 durch die Abdeckplatte 17 hindurchgeführt sind.
Die Heizelemente 36 und 3I erhitzen das Stahlgehäuse, die flüssige Füllmasse im Spalt 3 und den keramischen Mantel 2 bis auf eine Temperatur von beispielsweise 180 C, während die Füllmasse und das Gehäuse 1 einem Gasdruck von beispielsweise 6 Atmosphären ausgesetzt sind. Durch den Gasdruck werden wieder Gaslunker in der flüssigen Füllmasse zusammengedrückt und der Durchmesser des Gehäuses 1 nimmt zu.
Die Heizelemente JO und 3I sorgen für eine schnelle Aushärtung der Füllmasse und tragen ebenfalls zur Durchmesservergrösserung des Gehäuses 1 bei, wodurch der Gasdruck relativ niedrig sein kann. Nach Aushärtung der Füllmasse werden die Heizelemente 30 und 31 ausgeschaltet und der Gasdruck wird weggenommen. Der Durchmesser des Gehäuses 1 nimmt dann ab, so dass der keramische Mantel 2 wieder bleibend unter Druckvorspannung gerät.
Selbstverständlich sind viele Abwandlungen in bezug auf die Apparatur (Dosierung und Zufuhrstelle
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der Füllmasse, Erhitzung durch Gasbrenner, in einem Ofen usw.), die Füllmasse (organische oder anorganische sehe Stoffe, Klebestoffe und Kittmassen usw.) und das zugefUhrte Gas möglich.
Die untenstehende Tafel enthält die Daten einiger praktischen Versuchen in bezug auf Stahlgehäuse zum Gebrauch als Zylinder in Heissgasmotoren.
TAFEL
Stahlgehäuse
Aussendurch- 		Keramischer Mantel
Wandstärke: 6 mm		 Spaltbreite;
0,3 mm		 Gasdruck
(Luft)
in ata
messer: 64 mm
Wandstärke: 6 mm 		1
Füllmasse Handelsname Erhi t zungs t emp.
in 0C		 1
1-Komponentekleber HN 1525 100 6
η 180 k 00
It 180 6
2-Komponentenkleber Fortafix QS/b4 Raumtemperatur 1
η η 180 6
Giessharz Kinel 5502 180
η ti 180
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Claims (2)

  1. 2733A0A
    PHN.
    1 1-2-1977·
    PATENTANSPRÜCHE.
    ^\
    1.'. Verfahren zum Montieren eines keramischen
    Mantels in einem Metallgehäuse wie einem Zylinder oder einem Regeneratorgehäuse eines Heissgasmotors, dadurch gekennzeichnet, dass der keramische Mantel (2) mit Spielraum in das Metallgehäuse (1) gestellt wird, so dass zwischen dem Mantel (2) und dem Gehäuse (1) ein Spalt (3) gebildet wird, wonach eine flüssige Füllmasse (13) aus aushärtendem Material in den Spalt (3) gebracht wird, wobei daraufhin die Füllmasse (13) einem Gasdruck höher als der atmosphärische Druck ausgesetzt und/oder das Gefüge aus Gehäuse (1) und Mantel (2) erhitzt wird, damit das Gehäuse (i) gegen-' über dem Mantel (2) sich dehnt, wobei zum Schluss nach Aushärten der Füllmasse (13) der Gasdruck bzw. die Erhitzung (30,31»32) weggenommen wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllmasse (13) aus einem Thermohärter besteht.
    3· Metallgehäuse mit einem keramischen Innenmantel, hergestellt nach dem Verfahren nach Anspruch 1 oder 2.
    ORK3INAL INSPECTED 709886/0707
DE19772733404 1976-08-05 1977-07-23 Verfahren zum montieren eines keramischen mantels in einem metallgehaeuse Pending DE2733404A1 (de)

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NL7608690A (nl) 1978-02-07
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