DE3309699C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine wärmeisolierende Aus
kleidung für eine metall
umgossene Heißgasleitung, insbesondere im Zylinder
kopf eines Verbrennungsmotors,
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Wärmeisolierende Auskleidungen in Form von hohlen
Sinterformkörpern aus keramischen Werkstoffen und
deren Anwendung in Heißgasleitungen, wie z. B. Ab
gasleitungen im Zylinderkopf und Auspuffkrümmern,
sind bekannt. Diese hohlen Sinterformkörper werden
z. B. bei der Herstellung eines Zylinderkopfes mit
Metall umgossen. Das Innere des hohlen Sinterform
körpers 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.
Aus der DE-OS 25 49 256 ist eine wärmeisolierende Auskleidung dieser Art
bekannt, die aus einer Mischung von Aluminiumoxid, ggf. mit
Zusatz von Zirkonsilikat und Tonerde-Silikatfasern besteht.
Der die Auskleidung bildende Sinterformkörper soll infolge
seines Faseranteils eine erhöhte Thermoschockbeständigkeit und
eine ausreichende Druckfestigkeit gegenüber den beim Eingießen
auftretenden Druckkräften aufweisen. Aluminiumoxid ist zwar
als keramischer Werkstoff hoher Festigkeit bekannt, verfügt
aber im Vergleich zu anderen keramischen Materialien über eine
vergleichsweise niedrige Isolierwirkung und einen hohen ther
mischen Ausdehnungskoeffizienten. So gesehen, scheint
dieser Vorschlag noch nicht geeignet, die Forderung nach einer
optimalen Wärmeisolierung und zugleich hoher Festigkeit
beim Eingießen zu erfüllen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine
wärmeisolierende Auskleidung zu entwickeln, die über eine
weiter verbesserte wärmeisolierende Wirkung und erhöhte ther
mische und mechanische Belastbarkeit verfügt. Insbesondere
will die Erfindung eine wärmeisolierende Auskleidung zur Ver
fügung stellen, die aufgrund ihrer Isolierwirkung auch für
eine Ummantelung mit Aluminium geeignet ist und eine erhöhte
Belastbarkeit beim Eingießen, insbesondere beim Umgießen mit
einer Schmelze aus Grauguß aufweist.
Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1
angegebenen Merkmale gelöst.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, wärmeiso
lierende Auskleidungen für mit Metall zu umgießende
Heißgasleitungen mit erheblich höherer Wanddicke
herzustellen und dadurch verbesserte Isolierwir
kungen zu erzielen. Die Wanddicke der erfindungs
gemäßen wärmeisolierenden Auskleidung kann dabei
im Vergleich zu den bisher für diesen Verwendungs
zweck vorgeschlagenen Sinterformkörpern bis zu
dreimal höher sein. Die Erfindung ermöglicht es
damit, Zylinderköpfe und nachgeschaltete Abgas
führungen aus Aluminium statt aus Grauguß herzu
stellen, ohne daß dabei erhöhter Kühlaufwand er
forderlich ist. Die erfindungsgemäße wärmeisolie
rende Auskleidung ist aber auch hervorragend für
die Ummantelung mit Grauguß geeignet, insbesondere
dann, wenn die Wanddicke 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 wärmeisolie
renden Auskleidung erfolgt, indem zunächst in an
sich bekannter Weise ein Sinterformkörper aus kera
mischem Werkstoff, z. B. durch Schlickerguß, her
gestellt und in üblicher Weise gesintert wird.
Anschließend wird auf diesen Sinterformkörper eine
mineralische Fasern enthaltende oder daraus be
stehende Umhüllung aufgebracht. Die mineralischen
Fasern werden dazu mit einem organischen oder anor
ganischen Bindemittel vermischt und auf den Sinter
formkörper aufgetragen. Als anorganisches Binde
mittel wird vorzugsweise der gleiche keramische
Werkstoff verwendet, aus dem auch der mit den Fa
sern zu umhüllende Sinterformkörper besteht. Zur
Erzeugung einer optimalen Belastbarkeit der erfin
dungsgemäßen wärmeisolierenden Auskleidung während
des Umgießens mit einer metallischen Schmelze, ins
besondere mit einer Graugußschmelze, hat es sich
als vorteilhaft erwiesen, nur solche mineralischen
Fasern zur Herstellung der Umhüllung zu verwenden,
die eine kurzzeitige Temperaturbelastbarkeit bis
mindestens 1500°C aufweisen. Als hervorragend ge
eignet haben sich mineralische Fasern erwiesen,
insbesondere Fasern aus Aluminiumoxid, Zirkonoxid,
Mullit oder Kaolinit.
Die Schichtdicke der Umhüllung bestimmt im wesent
lichen die Handhabbarkeit beim Umgießen mit einer
metallischen Schmelze und die wärmeisolierende
Wirkung. Als besonders geeignet haben sich Schicht
dicken von 1 bis 7 mm erwiesen.
Als keramische Werkstoffe zur Herstellung des mit
mineralischen Fasern zu umhüllenden Sinterform
körpers haben sich als besonders geeignet erwiesen:
Magnesium-Aluminiumsilikat (MAS), insbesondere Cordierit, Magnesium-Aluminiumtitanat (MAT), Aluminiumtitanat (AT) der Lithiumaluminium silikat (LAS), von denen insbesondere Aluminiumti tanat hervorragend geeignet ist. Auch Mischungen dieser keramischen Werkstoffe sind zur Herstellung des Sinterformkörpers geeignet.
Magnesium-Aluminiumsilikat (MAS), insbesondere Cordierit, Magnesium-Aluminiumtitanat (MAT), Aluminiumtitanat (AT) der Lithiumaluminium silikat (LAS), von denen insbesondere Aluminiumti tanat hervorragend geeignet ist. Auch Mischungen dieser keramischen Werkstoffe sind zur Herstellung des Sinterformkörpers geeignet.
Zur Verbindung der mineralischen Fasern mit dem
Sinterformkörper werden in einer zweckmäßigen Aus
führungsform die vorstehend genannten keramischen
Werkstoffe in Form von Schlickersuspensionen ver
wendet. In besonders bevorzugter Ausführungsform
der Erfindung werden dabei Schlickersuspensionen
solcher keramischen Werkstoffe verwendet, aus
denen auch der zu umhüllende Sinterformkörper her
gestellt ist. Hierbei hat sich als eine ganz be
sonders bevorzugte Ausführungsform ein Sinterform
körper aus Aluminiumtitanat erwiesen, der eine
Umhüllung aus mineralischen Fasern enthält, die
mit Aluminiumtitanat als Bindemittel auf dem Form
körper befestigt sind.
Es sind aber auch organische Bindemittel zur Her
stellung der Umhüllung möglich. Auch wenn diese
Bindemittel bei der im Anschluß an den Auftrag der
mineralischen Fasern zur Verdampfung von Wasser
oder Lösungsmittel durchgeführten Erhitzung ver
brannt werden, reicht die Haftung der mineralischen
Fasern auf dem Sinterformkörper für viele Anwen
dungsbereiche aus. In diesem Fall besteht die Um
hüllung des Sinterformkörpers lediglich aus minera
lischen Fasern.
Ein besonders bevorzugtes Verfahren zur Herstellung
der erfindungsgemäßen wärmeisolierenden Auskleidung
besteht darin, daß auf einen aus keramischem Werk
stoff hergestellten Sinterformkörper mineralische
Fasern, die in einer aus keramischem Werkstoff be
stehenden Schlickerlösung enthalten sind, aufge
spritzt werden.
Zur näheren Erklärung der Erfindung dient die
Figur und die zugehörige Beschreibung.
In der Figur ist eine Abgasleitung 4 in einem
teilweise dargestellten Zylinderkopf 5 eines Ver
brennungsmotors 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 Kao
linitfasern, die mit Aluminiumtitanat als Binde
mittel mit dem Sinterformkörper 2 verbunden sind.
Die Schichtdicke der Umhüllung 3 beträgt 5 mm.
Claims (5)
1. Wärmeisolierende Auskleidung für eine metallumgossene Heißgas
leitung, insbesondere im Zylinderkopf eines Verbrennungs
motors, bestehend aus einem Sinterformkörper aus keramischem
Werkstoff und mineralischen Fasern, dadurch gekennzeichnet,
daß der Sinterformkörper (2) aus Magnesium-Aluminiumsilikat
(MAS), insbesondere Cordierit, Magnesium-Aluminiumtitanat
(MAT), Aluminiumtitanat (AT) oder Lithum-Aluminiumsilikat
(LAS) besteht und seine äußere, zum Umgießen mit einer
metallischen Schmelze vorgesehene Oberfläche (6) mit
einer Umhüllung (3) versehen ist, die aus mineralischen
Fasern besteht oder diese enthält.
2. Wärmeisolierende Auskleidung nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß die mineralischen Fasern aus
Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Mullit oder Kaolinit
bestehen.
3. Wärmeisolierende Auskleidung nach einem der
Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Umhüllung (3 ) aus mineralischen Fasern und
einem keramischen Werkstoff als Bindemittel
für die Fasern besteht.
4. Wärmeisolierende Auskleidung nach einem der
Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der
Sinterformkörper (2) aus Aluminiumtitanat be
steht, der eine aus mineralischen Fasern und
Aluminiumtitanat gebildete Umhüllung (3) auf
weist.
5. Verfahren zur Herstellung einer wärmeisolieren
den Auskleidung nach einem der Ansprüche 1 bis
4, dadurch gekennzeichnet, daß die mineralischen
Fasern in einer einen keramischen Werkstoff
enthaltenden Schlickersuspension auf den Sinter
formkörper (2) aufgespritzt werden.
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