DE3246713A1 - Bauteile fuer brennkraftmaschinen - Google Patents
Bauteile fuer brennkraftmaschinenInfo
- Publication number
- DE3246713A1 DE3246713A1 DE19823246713 DE3246713A DE3246713A1 DE 3246713 A1 DE3246713 A1 DE 3246713A1 DE 19823246713 DE19823246713 DE 19823246713 DE 3246713 A DE3246713 A DE 3246713A DE 3246713 A1 DE3246713 A1 DE 3246713A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- inserts
- components
- internal combustion
- combustion engines
- open pores
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B77/00—Component parts, details or accessories, not otherwise provided for
- F02B77/11—Thermal or acoustic insulation
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B77/00—Component parts, details or accessories, not otherwise provided for
- F02B77/02—Surface coverings of combustion-gas-swept parts
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F7/00—Casings, e.g. crankcases or frames
- F02F7/0085—Materials for constructing engines or their parts
- F02F7/0087—Ceramic materials
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
- F05C2201/00—Metals
- F05C2201/02—Light metals
- F05C2201/021—Aluminium
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
- F05C2201/00—Metals
- F05C2201/04—Heavy metals
- F05C2201/0433—Iron group; Ferrous alloys, e.g. steel
- F05C2201/0448—Steel
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
- F05C2203/00—Non-metallic inorganic materials
- F05C2203/08—Ceramics; Oxides
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
- Developing Agents For Electrophotography (AREA)
- Pharmaceuticals Containing Other Organic And Inorganic Compounds (AREA)
Description
Aktiengesellschaft /fc/ DRQ/USCHW (0072P)
Reuterweg 14 .
6000 Frankfurt/Main Prov. Nr. 8955 M
Die Erfindung betrifft Bauteile für Brennkraftmaschinen,
die den heißen Verbrennungsgasen ausgesetzt sind, insbesondere deren Kolben, Zylinder, Vorbrennkammern, wobei in
deren thermisch hochbelasteten Zonen und/oder zur thermischen Isolierung aus einem Nitrid-Keramikwerkstoff mit
relativ niedriger Dichte, kleiner Wärmeleitzahl/ kleinem Wärmeausdehnungskoeffizienten, großer Warmfestigkeit sowie
guter Korrosionsbeständigkeit bestehende Einlagen eingegossen sind.
Keramikwerkstoffe haben gegenüber Metallen die Vorteile,
daß sie gegen Verschleiß und Korrosion sehr beständig sind und auch hohen Temperaturen ohne Einbußen an Festigkeit
standhalten. Vor allem die vergleichsweise hohe Temperaturbeständigkeit
läßt Keramikwerkstoffe als ein geeignetes Material für Bauteile von Brennkraftmaschinen erscheinen.
Bei Brennkraftmaschinen führen nämlich die zunehmenden
Forderungen nach höherer Leistung pro Zylinder und Erhöhung der Abgastemperatur bei gleichzeitiger Begrenzung
bzw. Verringerung der über das Kühlsystem abzuführenden Verlustwärmemenge zu besseren Energieausnutzung- des Kraftstoffs
durch sekundäre Maßnahmen, wie z.B. Abgasturbolader, einerseits zu hohen thermischen Belastungen und verlangen
andererseits deren thermische Isolierung.
BAD ORIGINAL
Bei der Serienfertigung von Brennkraftmaschinen mit aus
Leichtmetallwerkstoffen bestehenden Bauteilen ist es bekannt,
in den hochbelasteten Zonen Schutzelemente aus einem Keramikwerkstoff anzuordnen. So ist z.B. bui "Stang,
J.H.: Designing Adiabatic Engine Components, SEA 780 069"
ein Leichtmetallkolben mit aufgeschraubtem, gegenüber der Basis durch Stahlscheiben isoliertem Keramikboden vorgesehen.
Mit einem derartigen Leichtmetallkolben können Temperaturen um 900 C° am Kolbenboden erreicht werden. Nachteilig
sind jedoch die Herstellungskosten eines den Festigkeitsanforderungen genügenden keramischen Schutzelements
sowie das relativ große Totvolumen oberhalb der ersten Ringnut.
Bekannt geworden ist auch ein Leichtmetallkolben mit im Kolbenboden angeordneter Brennraummulde, an deren Rand zum
Schutz gegen thermische Belastung ein aus einem Keramikwerkstoff mit kleiner Wärmeleitzahl [Ji= 2 W/mK), kleinem
Wärmeausdehnungskoeffizienten {oL = 1,5 χ 10~ /K) und
4 2
kleinem Elastizitätsmodul (E =2 χ 10 N/mm ) bestehender
Ring ausreichender Druckfestigkeit aus Aluminiumtitanat
(Al2TiO5) mit eingegossen ist, der eine
sehr gute thermische Ermüdungsfestigkeit und Thermoschockbeständigkeit
besitzt. Durch die Kontraktion des Leichtmetallwerkstoffs beim Erstarren nach dem Gießen entsteht
zwischen dem Ring und dem ihn umgebenden Leichtmetallwerkstoff eine Schrumpfverbindung. Durch die sich daraus ergebenden
Druckspannungen werden sowohl der Festsitz des Ringes gewährleistet als auch in dem Ring Druckspannungen
erzeugt. Infolge der im Motorbetrieb auftretenden Verformungen des Leichtmetallkolbens ergeben sich im Bereich
des Kolbenbodens sowohl Zug- als auch Druckspannungen, wobei sich die dabei in dem Ring auftretenden Zugspannungen
den aus der Schrumpfverbindung herrührenden Druckspannungen überlagern. Solange die Druckspannungen in dem Ring
größer als die Zugspannungen* sind","" ist sichergestellt, daß
insgesamt keine oder nur geringe Zugspannungen in dem .Ring auftreten. Dies ist jedoch bei längerer Betriebsdauer des
Kolbens nicht gewährleistet, da es bei den im Leichtmetallkolben auftretenden Temperaturen von^· 250 C0 schon
nach relativ kurzer Betriebsdauer zum Abbau der aus der Schrumpfverbindung stammenden Druckspannungen durch
Kriech- und/oder Relaxationsvorgänge kommt, die zur Lockerung bzw. zum Bruch des Ringes und damit zur Beeinträchtigung
der Funktion des Leichtmetallkolbens mit allen Folgeschäden führen. Um das zu vermeiden, ist in dem älteren
Recht P 32 30 388.2 vorgesehen, auf die aus einem Keramikwerkstoff, vorzugsweise Aluminiumtitanat,
gebildeten Einlagen vor dem Eingießen, einen gegen Kriechen und/oder Relaxation beständigen Werkstoff
aufzuschrumpfen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Festigkeit
der zwischen den Werkstoffen der gegossenen Bauteile von Brennkraftmaschinen und den eingegossenen Einlagen bestehenden
Verbindung gemäß der eingangs beschriebenen Bauart zu verbessern.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß die offenen Poren von eine offene Porosität von 20 bis 50 Vol.-%,
vorzugsweise 25 bis 45 Vol.-% aufweisenden aus reaktionsgesinterten Siliziumnitrid gebildeten Einlagen, mit einem
mit dem metallischen Werkstoff des Bauteils eine stoffschlüssige Verbindung bildenden metallischen Werkstoff getränkt
sind.
Die Herstellung der aus Siliziumnitrid bestehenden Einlagen erfolgt in der Weise, daß feinkörniges Siliziumpulver
mit einem organischen Bindemittel z.B. hochmolekularem bzw. niedermolekularem Polyäthylen vermischt und dann
durch Spritzgießen zu Formkörpern mit Endmaß geformt wird.
BAD ORIGINAL
Die Formkörper werden nach dem Trocknen und Ausheizen des
organischen Bindemittels in sauerstoffreier Stickstoffatmosphäre
bei 1100 bis 1500 0C nitridiert. Die so behandelten
Einlagen besitzen eine maßgenaue Form und können, nachdem ihre Poren mit einem metallischen Werkstoff, gegebenenfalls
unter Vakuum oder Schutzgas, gefü'llt worden sind, in die den heißen Verbrennungsgasen ausgesetzten
Bauteile von Brennkraftmaschinen eingegossen werden.
In dem Prospekt D-3. 1.80 FR der Annawerk, Keramische Betriebe GmbH, Rödental, sind aus Siliziumnitrid bestehende
Bauteile für Brennkraftmaschinen, wie Kolbenböden, Kolben,
Zylinder, Vorbrennkammern., Auskleidungen des Abgassystems und Rotoren für Abgasturbolader erwähnt, die jedoch bisher
keinen Eingang in die Praxis gefunden haben und im wesentlichen nur einzelne Demonstrationsobjekte geblieben sind,
da, wie die Frankfurter Allgemeine Zeitung, Beilage Natur und Wissenschaft vom 04.08.1982 berichtet, noch viel
Grundlagenforschung notwendig ist, um den sogenannten "Keramikmotor" betriebsreif zu machen.
Die erfindungsgemäß eingesetzten Einlagen wurden in der
Weise hergestellt, daß Siliziumpulver mit einer Korngröße von 37 bis 60 um und einer Reinheit von ca. 98 % mit
organischen Bindemitteln gemischt und das pastöse Gemisch mittels einer Spritzgießmaschine zu Formkörpern verarbeitet
wurde. Die organischen Bindemittel wurden in einem Luftumwälzofen ausgeheizt. Die Umwandlung der spritzgegossenen
und ausgeheizten Formkörper gemäß der Summenformel 3Si(s)+2N2(g)= Si3N4(s) erfolgte in einem
Vakuum-/Schutzgasofen in sauerstoffreier Stickstoffatmosphäre.
Vor dem eigentlichen Nitridierprozeß wurden die Formkörper zur Entfernung letzter Reste anorganischen
Bestandteilen und von physikalisch absorbierten Gasen im Nitridierofen einige Stunden ausgegast. Die durch die
Nitiridierungsreaktion erhaltenen gesinterten Einlagen
BAD ORiGfNAL
wiesen ein Porenvolumen von 35 % *aüf".""Die"*Maßänderung
gegenüber dem durch Spritzgießen hergestellten Formkörper war geringer als 1 %. Die Festigkeit im Biegeversuch betrug
bei Raumtemperatur im Mittel 1.1 kp/mm und veränderte sich nicht bei Prüftemperaturen bis 500 0C. Die
Einlagen wurden unter Vakuum bei 600 0C mit einer
AlSil2-Legierung getränkt und konnten danach mit einer
Kolbenlegierung des Typs AlSil2CuNiMg stoffschlüssig umgössen
werden.
Die Zeichnung zeigt einen Längsschnitt durch das Oberteil eines aus einem Aluminiumkolbenwerkstoff des Typs
AlSiI2CuNiMG gegossenen Kolbens 1 mit im Kolbenboden 2 angeordneter
Brennraummulde 3, in die eine ringförmige Einlage 4 aus reaktionsgesintertem Siliziumnitrid stoffschlüssig
eingegossen ist.
BAD ORIGINAL
Claims (4)
- PATENTANSPRÜCHEί 1.^Bauteile von Brennkraftmaschinen, die den heißen Verbrennungsgasen ausgesetzt sind, insbesondere deren Kolben, Zylinder, Vorbrennkammern, wobei in deren thermisch hochbelasteten Zonen und/oder zur thermischen Isolierung aus einem Nitrid-Keramikwerkstoff mit kleiner Wärmeleitzahl, kleinem Wärmeausdehnungskoeffizienten, großer Warmfestigkeit sowie guter Korrosionsbeständigkeit bestehende Einlagen eingegossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die offenen Poren der aus reaktionsgesintertem Siliziumnitrid bestehenden und eine Porosität von 20 bis 50 Vol.-% aufweisenden Einlagen (4) mit einem metallischen Werkstoff getränkt sind, der mit dem Werkstoff der Bauteile (1) eine stoffschlüssige Verbindung bildet.
- 2. Bauteile nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die offene Porosität 25 bis 45 Vol.-% beträgt.
- 3. Verfahren zur Herstellung der Einlagen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß elementares Siliziumpulver mit einem oder mehreren organischen Bindemittel gemischt, das pastöse Gemisch durch Spritzgießen zu Formkörpern geformt werden, die nach dem Ausheizen des Bindemittels bei einer Temperatur von 1100 bis 1500 0C durch nitridierende Behandlung reaktionsgesintert und deren offene Poren anschließend mit einem metallischen Werkstoff getränkt werden.
- 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Tranken der offenen Poren der Einlagen unter Vakuum bzw. unter Schutzgas erfolgt.BAD ORIGINAL
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19823246713 DE3246713A1 (de) | 1982-12-17 | 1982-12-17 | Bauteile fuer brennkraftmaschinen |
EP83201735A EP0111961A3 (de) | 1982-12-17 | 1983-12-08 | Bauteile für Brennkraftmaschinen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19823246713 DE3246713A1 (de) | 1982-12-17 | 1982-12-17 | Bauteile fuer brennkraftmaschinen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3246713A1 true DE3246713A1 (de) | 1984-06-20 |
Family
ID=6180922
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19823246713 Withdrawn DE3246713A1 (de) | 1982-12-17 | 1982-12-17 | Bauteile fuer brennkraftmaschinen |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP0111961A3 (de) |
DE (1) | DE3246713A1 (de) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3530924A1 (de) * | 1985-08-29 | 1987-03-12 | Alcan Aluminiumwerke | Hitzebestaendiges bauteil und verfahren zu dessen herstellung |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
AT191791B (de) * | 1948-02-26 | 1957-09-10 | Carborundum Co | Erzeugnisse oder Gegenstände, welche zum überwiegenden Teil oder im wesentlichen vollständig aus Siliziumnitrid bestehen, und Verfahren zu ihrer Herstellung |
CA1028130A (en) * | 1973-12-20 | 1978-03-21 | Andre Ezis | Method of making an article of silicon nitride |
GB1488875A (en) * | 1975-02-26 | 1977-10-12 | Atomic Energy Authority Uk | Fabrication of shaped artefacts |
US4404262A (en) * | 1981-08-03 | 1983-09-13 | International Harvester Co. | Composite metallic and refractory article and method of manufacturing the article |
-
1982
- 1982-12-17 DE DE19823246713 patent/DE3246713A1/de not_active Withdrawn
-
1983
- 1983-12-08 EP EP83201735A patent/EP0111961A3/de not_active Withdrawn
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP0111961A2 (de) | 1984-06-27 |
EP0111961A3 (de) | 1986-04-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE3853299T2 (de) | Auskleidungen für Kanäle. | |
EP0136741B1 (de) | Kolben für Brennkraftmaschinen | |
EP0073024B1 (de) | Mehrschichtige Wand eines hohlen Körpers und Verfahren zur Herstellung derselben | |
DE3230388A1 (de) | Verfahren zum verbinden einer in ein aus einem leichtmetallwerkstoff gegossenes bauteil fuer brennkraftmaschinen eingiessbare aus einem keramikwerkstoff bestehende einlage | |
US4264660A (en) | Thermally insulated composite article | |
US4336076A (en) | Method for manufacturing engine cylinder block | |
EP0129266B1 (de) | Aus einer Aluminiumlegierung gegossener Kolben für Brennkraftmaschinen | |
DE3028440C2 (de) | Verfahren zur Herstellung einer Vorkammerschale für eine Brennkraftmaschine | |
EP0184864A1 (de) | Gegossene Bauteile für Brennkraftmaschinen mit eingegossenen Bewehrungskörpern sowie Verfahren zur Herstellung der Verbindung zwischen den Bauteilen und den Bewehrungskörpern | |
EP0119499A1 (de) | Zylinderkopf und Verfahren zur Herstellung | |
DE3873183T2 (de) | Waermeisolierter kolbenaufbau. | |
US5066626A (en) | Ceramic materials for use in insert-casting and processes for producing the same | |
DE3307115C2 (de) | Zylinderkopf eines Kolbenmotors | |
DE10014418A1 (de) | Faserverstärktes Strukturbauteil | |
DE4010805A1 (de) | Verstaerkter kolben | |
DE3404284A1 (de) | Kolben fuer brennkraftmaschinen | |
DE102014100568A1 (de) | Gussteil und Einsatz für ein solches Gussteil | |
DE3246713A1 (de) | Bauteile fuer brennkraftmaschinen | |
DE102007063566B4 (de) | Brennkraftmaschine | |
EP1115675B1 (de) | Kolben aus feinstkornkohlenstoff und verfahren zu seiner herstellung | |
EP0426421A1 (de) | Ausbildung einer Kolben- und Zylinderkombination aus mehreren Metallen für eine Brennkraftmaschine | |
EP0375025A1 (de) | Gussleichtwerkstoff | |
DE3229271A1 (de) | Temperaturschockbestaendige keramische auskleidungen | |
EP0463650A1 (de) | Leichtmetallkolben | |
DE4208504A1 (de) | Maschinenbauteil |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8130 | Withdrawal |