DE3309699A1 - Waermeisolierende auskleidung - Google Patents
Waermeisolierende auskleidungInfo
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Description
Wärmeisolierende Auskleidung
Die Erfindung betrifft eine wärmeisolierende Auskleidung aus keramischem Werkstoff für eine metallumgossene
Heißgasleitung, insbesondere im Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors und ein Verfahren zu
ihrer Herstellung.
Wärmeisolierende Auskleidungen in Form von hohlen Sinterformkörpern aus keramischen Werkstoffen und
deren Anwendung in Heißgasleitungen, wie z.B. Abgasleitungen im Zylinderkopf und Auspuffkrümmern
sind bekannt. Diese hohlen Sinterformkörper werden
z.B. bei der Herstellung eines Zylinderkopfes mit Metall umgössen. Das Innere des hohlen Sinterformkörpers
kann dabei ggf. in an sich bekannter Weise mit Formsand gefüllt werden, um eine Zerstörung des
Sinterformkörpers durch die beim Gießen auftretenden Drücke zu vermeiden.
Ältere Verfahren zur Herstellung solcher mit Metall zu umgießenden hohlen Sinterformkörper aus keramischen
Werkstoffen sind in der DE-PS 21 63 717 und 23 54 254 beschrieben. Diese Vorschläge sehen
Mischungen aus Siliziumoxid und Aluminiumoxid,
bzw. lehmhaltige Schamotte, Aluminiumoxid, Siliziumoxid, Sillimanit, Mullit, Zirkon, Chromit, Magnesia-Klinker,
Siliziumcarbid, Elektrokorund, Quarzgut, Kyanit, Magnesia, geschmolzenen Spinell,
Siliziumnitrid, Chrommagnesia, Chrommagnesit, Vermikulit, Vermikulitasbest, Baryt, gebrannte
Diatomen-Erde und Bimsstein und als Bindemittel Tonerde oder Aluminiumphosphat zur Herstellung von
Sinterformkörpern vor.
Nachteilig bei diesen Vorschlägen ist wie z.B. bei Siliziumcarbid und Aluminiumoxid die zu geringe
Isolierwirkung, während aus anderen Werkstoffen, wie z.B. aus Quarzgut hergestellte Sinterformkörper
eine noch nicht befriedigende Festigkeit aufweisen.
Die DE-AS 27 50 290 sieht ein Aluminiumtitanat mit 50 bis 60 Gew.% Aluminiumoxid, 40 bis 45 Gew.%
Titanoxid, 2 bis 5 Gew.% Kaolin und 0,1 bis 1 Gew.% Magnesiumsilikat und für den fraglichen Anwendungsbereich
besonders zugeschnittenen Materialeigenschaften vor. Obwohl Aluminiumtitanat eine sehr
• geringe Wärmeleitfähigkeit besitzt, hat sich auch dieser Vorschlag auf breiter Ebene nicht durchsetzen
können. Nachteilig ist insbesondere die noch zu geringe Festigkeit des Aluminiumtitanats und
ferner, daß nur dünne Wandstärken von ca. 2 bis 3 mm des Sinterformkörpers erzielbar sind, so daß die
tatsächlich erreichbare Isolierwirkung noch unbefriedigend bleibt. Insbesondere bei mit Aluminium
umgossenen Heißgasleitungen kommt es infolge der
geringen Temperaturbeständigkeit und dadurch notwendigen intensiven Kühlung des Aluminiums zu
hohen Energieverlusten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, diese bekannten Nachteile zu beseitigen und die
als wärmeisolierende Auskleidung bekanntgewordenen Sinterformkörper in ihrer wärmeisolierenden Wirkung
und ihrer thermischen und mechanischen Belastbarkeit zu verbessern. Insbesondere will die Erfindung
eine wärmeisolierende Auskleidung zur Verfügung stellen, die auch für eine Ummantelung mit Aluminium
geeignet ist, dabei eine ausgezeichnete Isolierwirkung aufweist und über eine erhöhte
thermische und mechanische Belastbarkeit verfügt.
Eine weitere Aufgabe sieht die Erfindung darin, auch solche keramischen Werkstoffe zu verwenden,
die bisher wegen ihrer unzureichenden Isolier-Wirkung und/oder ihrer geringen mechanischen und
thermischen Belastbarkeit bei den bekannten konstruktiven Lösungen und für sich allein sich
auf breiter Ebene nicht durchsetzen konnten.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die vorliegende· Erfindung eine wärmeisolierende Auskleidung aus
keramischem Werkstoff für eine metallumgossene Heißgasleitung, insbesondere im Zylinderkopf eines
Verbrennungsmotors vor, die dadurch gekennzeichnet, ist, daß die wärmeisolierende Auskleidung aus einem
Sinterformkörper aus keramischem Werkstoff besteht,
der eine anorganische Fasern enthaltende oder daraus bestehende Umhüllung aufweist.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, wärmeisolierende Auskleidungen für mit Metall zu umgießende
Heißgasleitungen mit erheblich höherer Wanddicke herzustellen und dadurch verbesserte Isolierwirkungen
zu erzielen. Die Wanddicke der erfindungsgemäßen wärmeisolierenden Auskleidung kann dabei
im Vergleich zu den bisher für diesen Verwendungszweck vorgeschlagenen Sinterformkörpern bis zu
dreimal höher sein. Die Erfindung ermöglicht es damit, Zylinderköpfe und nachgeschaltete Abgasführungen
aus Aluminium statt aus Grauguß herzustellen, ohne daß dabei erhöhter Kühlaufwand erforderlich
ist. Die erfindungsgemäße wärmeisolierende Auskleidung ist aber auch hervorragend für
die Ummantelung mit Grauguß geeignet, insbesondere dann, wenn die Wandstärke des Graugußmantels sehr
hoch ist und dadurch beim Erstarren der Gußschmelze hohe Druckkräfte auftreten. Die Faserumhüllung
wirkt gegenüber den beim Gießen durch Erstarren der Schmelze auftretenden Druckkräften als Puffer und
vermeidet dabei eine Deformierung oder-Zerstörung der wärmeisolierenden Auskleidung.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen wärmeisolierenden
Auskleidung erfolgt, indem zunächst in an sich bekannter Weise ein Sinterformkörper aus keramischem
Werkstoff, z.B. durch Schlickerguß, hergestellt und in üblicher Weise gesintert wird.
Anschließend wird auf diesen Sinterformkörper eine
anorganische Fasern enthaltende oder daraus bestehende Umhüllung aufgebracht. Die anorganischen
Fasern werden dazu mit einem organischen oder anorganischen Bindemittel vermischt und auf den Sinterformkörper
aufgetragen. Als anorganisches Bindemittel wird vorzugsweise der gleiche keramische
Werkstoff verwendet, aus dem auch der mit den Fasern zu umhüllende Sinterformkörper besteht. Zur
Erzeugung einer optimalen Belastbarkeit der erfindungsgemäßen wärmeisolierenden Auskleidung während
des ümgießens mit einer metallischen Schmelze, insbesondere
mit einer Graugußschmelze, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, nur solche anorganischen
.15 Fasern zur Herstellung der Umhüllung zu verwenden,
die eine kurzzeitige Temperaturbelastbarkeit bis mindestens 1500 0C aufweisen. Als hervorragend geeignet
haben sich mineralische Fasern erwiesen, insbesondere Fasern aus Aluminiumoxid, Zirkonoxid,
Mullit oder Kaolinit.
Die Schichtdicke der Umhüllung bestimmt im wesentlichen die Handhabbarkeit beim Umgießen mit einer
metallischen Schmelze und die wärmeisolierende Wirkung. Als besonders geeignet haben sich Schichtdicken
von 1 bis 7 mm erwiesen.
Als keramische Werkstoffe zur Herstellung des mit anorganischen Fasern zu umhüllenden Sinterformkörpers
haben sich als besonders geeignet erwiesen: Mullit, Zirkonoxid, Magnesium-Aluminiumsilikat (MAS),
insbesondere Cordierit, Magnesium-Aluminiumtitanat
(MAT), Aluminiumtitanat (AT) oder Lithiumaluminiumsilikat (LAS)/ von denen insbesondere Aluminiumtitanat
hervorragend geeignet ist. Auch Mischungen dieser keramischen Werkstoffe sind zur Herstellung
des Sinterformkörpers geeignet.
Zur Verbindung der anorganischen Fasern mit dem Sinterformkörper werden in einer zweckmäßigen Ausführungsform
die vorstehend genannten keramischen Werkstoffe in Form von Schlickersuspensionen verwendet.
In besonders bevorzugter Ausführungsform der Erfindung werden dabei Schlickersuspensionen
solcher keramischen Werkstoffe verwendet, aus denen auch der zu umhüllende Sinterformkörper hergestellt
ist. Hierbei hat sich als eine ganz besonders bevorzugte Ausführungsform ein Sinterformkörper
aus Aluminiumtitanat erwiesen, der eine Umhüllung aus anorganischen Fasern enthält, die
mit Aluminiumtitanat als Bindemittel auf dem Formkörper befestigt sind.
Es sind aber auch organische Bindemittel zur Herstellung der Umhüllung möglich. Auch wenn diese
Bindemittel bei der im Anschluß an den Auftrag der anorganischen Fasern zur Verdampfung von Wasser
oder Lösungsmittel durchgeführten Erhitzung verbrannt werden, reicht die Haftung der anorganischen
- Fasern auf dem Sinterformkörper für viele Anwendungsbereiche
aus. In diesem Fall besteht die Umhüllung des Sinterformkörpers lediglich aus anorganischen
Fasern.
Ein besonders bevorzugtes Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen wärmeisolierenden Auskleidung
besteht darin, daß auf einen aus keramischem Werkstoff hergestellten Sinterformkörper anorganische
Fasern, die in einer aus keramischem Werkstoff bestehenden Schlickerlösung enthalten sind, aufgespritzt
werden.
Zur näheren Erklärung der Erfindung dient die Figur und die zugehörige Beschreibung, ohne daß
die Erfindung auf die gezeigte Ausführungsform
beschränkt ist.
In der Figur ist eine Abgasleitung 4 in einem teilweise dargestellten Zylinderkopf 5 eines Verbrennungsmotors
dargestellt. Die wärmeisolierende Auskleidung 1 der Abgasleitung 4 besteht aus einem
Sinterformkörper 2 aus Aluminiumtitanat mit einer Wanddicke von 2 mm und einer Umhüllung 3 aus Kaolinitfasern,
die mit Aluminiumtitanat als Bindemittel mit dem Sinterformkörper 2 verbunden sind-Die
Schichtdicke der Umhüllung 3 beträgt 5 mm.
AO
Leerseite -
Claims (9)
- Anmelder: Feldmühle Aktiengesellschaft, Fritz-Vomfelde-Platz 4, 4000 Düsseldorf 1Anlage zur Eingabe vom 17.3.1983 Pat/12.989/Kb/Pf "PatentansprücheWärmeisolierende Auskleidung aus keramischem Werkstoff für eine metallumgossene Heißgasleitung, insbesondere im Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmeisolierende Auskleidung (1) aus einem Sinterformkörper (2) aus keramischem Werkstoff besteht, der eine anorganische Fasern enthaltende oder daraus bestehende Umhüllung (3) aufweist.
- 2. Sinterformkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die anorganischen Fasern kurzzeitig bis mindestens 1500 0C temperaturbelastbar sind.
- 3. Sinterformkörper nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die anorganischen Fasern mineralische Fasern sind.
- 4. Sinterformkörper nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mineralischen Fasern aus Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Mullit oder Kaolinit bestehen.
- 5. Sinterformkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung (3) eine Schichtdicke D von 1 bis 7 mm aufweist.
- 6. Wärmeisolierende Auskleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Sinterformkörper (2) aus Mullit, Zirkonoxid, Magnesium-Aluminiumsilikat (MAS), insbesondere Cordierit, Magnesium-Aluminiumtitanat (MAT), Aluminiumtitanat (AT) oder Lithium-Aluminiumsilikat (LAS) besteht.
- 7. Wärmeisolierende Auskleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung (3) aus anorganischen Fasern und einem keramischen Werkstoff als Bindemittel für die anorganischen Fasern besteht.
- 8. Wärmeisolierende Auskleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmeisolierende Auskleidung (1) aus einem Sinterformkörper (2) aus Aluminiumtitanat besteht, der eine aus anorganischen Fasern und Aluminiumtitanat gebildete Umhüllung (3) aufweist.
- 9. Verfahren zur Herstellung einer wärmeisolierenden Auskleidung nach einem der Ansprüche T bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die anorganischen Fasern aus einer einen keramischen Werkstoff enthaltenden Schlickersuspension auf den Sinterformkörper (2) aufgespritzt werden.
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