DE3490032T1 - Verstärkungselement für Artikel aus gegossenem Metall oder gegossener Metallegierung sowie Verfahren seiner Herstellung - Google Patents

Verstärkungselement für Artikel aus gegossenem Metall oder gegossener Metallegierung sowie Verfahren seiner Herstellung

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DE3490032T1
DE3490032T1 DE19843490032 DE3490032T DE3490032T1 DE 3490032 T1 DE3490032 T1 DE 3490032T1 DE 19843490032 DE19843490032 DE 19843490032 DE 3490032 T DE3490032 T DE 3490032T DE 3490032 T1 DE3490032 T1 DE 3490032T1
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James Arthur Lutterworth Leicestershire Cooper
Norman Bradford Tommis
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AE PLC, Rugby, Warwickshire
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Description

Beschreibung:
Die Erfindung betrifft die Verstärkung von Artikeln aus gegossenem Metall oder gegossener Metallegierung, nämlich ein Verstärkungselement zum Einlagern in einen gegossenen Artikel aus Metall oder einer Metallegierung während des Gießens, hergestellt aus einer Menge von Pasern oder Whiskern sowie ein Verfahren zum Herstellen des Verstärkungselementes aus Whiskern oder Fasern zum Einlagern in einen gegossenen Artikel aus Metall oder einer Metallegierung während des Gießens, wobei geschmolzenes Metall oder geschmolzene Metallegierung das Verstärkungselement durchsetzt.
Viele Artikel werden aus gegossenem Metall oder gegossener Metallegierung gebildet, so wie Aluminium oder Aluminiumlegierungen, welche leicht an Gewicht und kostengünstig zu produzieren sind. Solche Metalle oder Metallegierungen haben jedoch gewisse nachteilige physikalische Eigenschaften, wie das Unvermögen,erhöhten Temperaturen, zu widerstehen,und/oder sie haben einen vergleichsweise geringen Verschleißwiderstand.
Aus diesem Grunde wurde vorgeschlagen, solche Artikel mit einem Material zu verstärken, welches verbesserte Eigenschaften im Vergleich zu dem Metall oder der Metallegierung aufweist . Z.B. wurde vorgeschlagen, Verstärkungselemente aus eisenhaltigen oder keramischen Materialien in Artikeln aus gegossenem Aluminium oder Aluminiumlegierung vorzusehen, um die Artikel mit erhöhter Widerstandsfähigkeit gegen erhöhte Temperaturen und/oder erhöhter Widerstandsfähigkeit gegen Verschleiß auszustatten. Diese
Verstärkungselemente sind im allgemeinen selbst feste Gußteile oder Preßteile und haben den Nachteil, daß sie schwierig in den Artikel aus gegossenem Metall oder Metallegierung einzuarbeiten sind und daß sie das Gewicht des Artikels aus gegossenem Metall oder Metallegierung wesentlich erhöhen.
Zur Überwindung dieser Schwierigkeiten wurde neuerlich vorgeschlagen, Artikel aus gegossenem Metall oder Metallegierung durch Einlagern von Pasern oder Whiskern oder einem Verstärkungsmaterial zu verstärken. Obwohl solche Pasern oder Whisker außerordentlich fest sind, erwies sich ihr Einlagern in den Artikel aus gegossenem Metall oder Metallegierung als schwierig wegen des Problems, die Pasern oder Whisker relativ zueiander in einer vorgegebenen Form zu halten, bevor sie in den Artikel aus gegosse-* nem Metall oder Metallegierung eingelagert werden.
Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verstärkungselement der eingangs genannten Art sowie ein Verfahren seiner Herstellung bereitzustellen, welche diese Nachteile nicht aufweisen und es insbesondere ermöglichen, die Form des einzulagernden Verstärkungselementes frei bestimmen zu können.
Als Technische Lösung wird dafür hinsichtlich eines Verstärkungselementes der eingangs genannten Art vorgeschlagen, daß mittels eines inerten Binders, der die Gestalt des Verstärkungselementes während des Gießprozesses, in dem das geschmolzene Metall oder die geschmolzene Metallegierung die Menge der Pasern oder Whisker durchsetzt, aufrechterhält, die Menge von Fasern oder Whiskern zusammengehalten wird, um das Verstärkungselement in das Gußstück einzulagern, wobei der inerte Binder von dem geschmolzenen Metall oder der geschmolzenen Metallegierung vertrieben wird.
Die Aufgabe wird hinsichtlich eines Herstellungsverfahrens dadurch gelöst, daß eine Menge von Pasern oder Whiskern eines Ver-
Stärkungselementes vor dem Gießen mit einem inerten Binder, der die Pasern oder Whisker zusammenhält und der auf das Gießen hin aus dem Verstärkungselement von dem geschmolzenen Metall oder der geschmolzenen Metallegierung ohne oder ohne wesentliche Verformung des Verstärkungselementes vertrieben wird, miteinander verbunden wird.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird ein Kolben für eine Verbrennungsmaschine aus gegossenem Metall oder Metallegierung geschaffen und verstärkt durch ein Verstärkungselement gemäß Patentanspruch 1 oder durch ein nach dem Verfahren gemäß Anspruch 8 hergestelltes Verstärkungselementes.
Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Kolbens für eine Verbrennungsmaschine aus gegossenem Metall oder Metallegierung bereitgestellt, bei dem ein Verstärkungselement gemäß Patentanspruch 1 oder ein nach dem Verfahren gemäß Patentanspruch 8 hergestelltes Verstärkungselement in eine Gießform eingesetzt wird und dann das Metall oder die Metallegierung in die Form zur Bildung des Artikels gegossen wird, wobei das geschmolzene Metall oder die Metallegierung das Verstärkungselement durchsetzt und den Binder vertreibt.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der bevorzugte Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Verstärkungen dargestellt worden sind sowie aus weiteren Unteransprüchen. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine Verstärkung für einen Artikel aus gegossenem Metall oder gegossener Metallegierung in schematisch dargestellter Seitenansicht;
Fig. 2 einen verstärkten gegossenen Kolben (1. Ausführungsform) für eine Verbrennungsmaschine
im Vertikalschnitt - ausschnittsweise;
- ψ.
Pig. 3A
bis 3E Verstärkungen für den Einbau in die Kolben
einer Verbrennungsmaschine in verschiedenen Gestaltungen im Vertikalschnitt bzw. in Ansicht sowie
Fig. 4 einen verstärkten gegossenen Kolben (2. Ausführungsform) für eine Verbrennungsmaschine im Vertikalschnitt - ausschnittsweise.
Gemäß Figuren 1 und 2 ist die erste Ausführungsform eines Kolbens 10 in Aluminium oder Aluminiumlegierung gegossen und weist einen Kopf·11 und einen Mantel 12 mit Kolbenringnuten 13, l4 auf. Der Kopf 11 und der Bereich des Kolbens, der die Kolbenringnuten l4 einschließt, sind mit Verstärkungselementen 15, 16 aus Fasern oder Whiskern verstärkt, um diese Bereiche gegen die Einflüsse von Hitze und/oder Verschleiß zu verstärken.
Die Verstärkungselemente 15, 16 werden wie folgt hergestellt und in den Kolben eingearbeitet:
Zunächst werden die Fasern oder Whisker zusammengefügt. Diese können Aluminium-Whisker nach der Art sein, wie sie in der GB-PS 1 489 346 beschrieben sind, oder Aluminium-Fasern sein, deren Durchmesser zwischen 1 und 5 ^m und deren Länge das Einhundertbis Eintausendfache ihres Durchmessers beträgt. Solche Fasern werden unter dem Warenzeichen SAFFEL vertrieben. Alternativ können die Fasern oder Whisker eine Mischung aus Aluminium oder Silziumdioxyd - Fasern sein. Die Mischung kann diejenige sein, die unter dem Warenzeichen KAOWOOL vertrieben wird, in der die Anteile 45$ Aluminiumfasern und 55$ Siliziumdioxyd -Fasern sind, obwohl auch andere Mischungsverhältnisse verwendbar sind. Z.B. können zwischen 40 und 80$ Aluminiumfasern verwendet werden und der Rest kann aus Siliziumdioxyd-Fasern bestehen.
Nachfolgend werden die Fasern oder Whisker nach einer der fol-
genden Methoden miteinander verbunden:
Beispiel 1
Eine gewisse Menge solcher Fasern oder Whisker wird in ein Netzmittel eingerührt, das Kohlehydrat enthält. Beispiele von geeigneten Kohlehydraten sind:
1. Monosaccharide j wie Klukose, Fruktose oder Arabinose,
2. Zucker-ähnliche Polysaccharide, wie Saccharose, Mallose oder Laktose,
3. Zucker-unähnliche Polysaccharide, wie natürlich vorkommende Stärken und ihre synthetischen Äquivalente, lösliche Stärken, Zellulose und ihre Derivate, Glykogen, Inulin und Gummi-Tragant .
Das Netzmittel kann auf Wasserbasis oder ein Vinylchlorid- oder Keton-Netzmittel sein.
Die Fasern oder Whisker und die flüssige Kohlehydratmischung werden danach gepreßt oder getrocknet, aber bevor dies getan wird, können die Fasern oder Whisker derart orientiert werden, daß sie im wesentlichen parallel zueinander sind. Dies kann dadurch geschehen, daß die Fasern oder Whisker und die flüssige Kohlehydratmischung durch ein Rohr oder eine Düse geschickt werden, daß die Fasern oder Whisker miteinander fluchten.
Die Mischung, ob orientiert oder nicht orientiert, wird sodann getrocknet unter Zuhilfenahme einer Filterpresse, in der eine Menge der Mischung kompaktiert wird, wobei die Flüssigkeit durch
2 'ί
Absaugen bei einem Dr1UCk von 0,14-0,21 kg/cm (0,14 - 0,21 χ 10 Pa) extrahiert wird. Diese Kompaktierung und Flüssigkeitsextraktion hinterläßt eine Masse aus Whiskern oder Fasern, die durch getrock-
netes Kohlehydrat zusammengehalten sind. Die Masse aus Pasern oder Whisker ist dann nicht fest-, da das Kohlehydrat die Pasern oder Whisker nur an Punkten miteinander verbindet, an denen die Pasern oder Whisker sich berühren oder einander kreuzen oder sehr nahe zusammenliegen. Im allgemeinen wird die Masse aus Pasern oder Whiskern und Kohlehydrat eine Volumendrehte von . 15 bis 25 % ausmachen und das Restvolumen aus Hohlräumen bestehen.
Beispiel 2
Das Verstärkungselement wird vorbereitet wie in Beispiel 1 mit dem Unterschied, daß das Kohlehydrat durch ein Protein ersetzt ist, wie Gelatine oder Kasein oder Albumin, obwohl die beiden letzteren Proteine unter Umständen in der Lösung durch Verwendung von Viskositätsveränderern, wie Glyzerin, angedickt werden müssen.
Beispiel 3
Eine Menge von Fasern oder Whiskern werden in Suspension gehalten mittels elektrischer Ladung von einem Schaumerzeuger, wie einem anionischen Verteilmittel (z.B. Matriumbistridecylsulfosuccinat) oder einem kationischen Verteilmittel (z.B. ein Bio-, leatsalz von Dichuodamin IT). Ein zusätzlicher Binder wird dann zu der Lösung hinzugefügt; dieser Binder kann ein Klebstoff seinj: der entweder wasserlöslich oder lösungsmittellöslich ist. Beispiele für den ersteren sind Akaziengummi, Tragant, und Agar, während Beispiele für den letzteren sind: Terpentinharz, Kopal und Polyvinylalkohol.
Das Verteilmittel wird dann derart entfernt, daß ausreichender Binder auf der Oberfläche adsorbiert ist, um die Pasern oder Whisker zum Zusammenkleben zu veranlassen. Das Entfernen des Verteilmittels kann mittels einer Filterpresse erfolgen, durch Trocknen (für Medien auf Wasserbasis), durch Verdampfen ( für Medien auf Lösungsmittelbasis), durch chemisches Ausflocken oder durch Elekrophorese.
Beispiel 4
Eine Menge von Fasern oder Whiskern wird·'·'"- in einer natürlichen oder synthetischen Latexlösung verteilt. Geeignete Lösungen können natürliches Latex oder Polystyrol, Polyvinylchlorid und Polyacrylsäureester-Harze aufweisen. Die Lösung wird dann koaguliert durch Verdampfen oder chemische Mittel, z.B. durch Ändern des pH-Wertes der Lösung.
Beispiel 5
Das Verstärkungselement wird hergestellt wie im Beispiel 1 mit dem Unterschied, daß das Kohlehydrat-Netzmittelsystem ersetzt wird durch ein Polymer-Lösungsmittelsystem. Z.B. kann ein Polystyrolschaum aufgelöst werden in Xylol und mit den Pasern oder Whiskern gemischt werden. Das Xylol wird dann in einer Lösungsmittelrückgewinnungsanlage zurückgewonnen und rezykliert. Kleine Mengen an Klebern oder Harzen, wie sie in Beispiel 3 erwähnt sind, können als zusätzlicher Binder hinzugefügt werden.
Das so hergestellte Verstärkungselement ist, obwohl nicht sonderlich fest, aureichend stabil, um gehandhabt zu werden und geringfügig bearbeitet oder geschnitten zu werden. Auf diese Weise kann die Masse in jede beliebige Gestalt gebracht werden, so wie eine Scheibe, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, zum Bilden des Kopf-Verstärkungselementes 15 oder eines (nicht dargestellten) Ringes,um ein Kolbenringnut-Verstärkungselement 16 zu bilden.
Andere herstellbare Gestaltungen können, wie in Fig. 3A bis 3E dargestellt, hergestellt werden. Das Verstärkungselementjgemäß Fig. 3A ist ein ringförmiges Verstärkungselement 19 für die Peripherie eines Kopfes mit einer verjüngten äußeren Oberfläche 20. Das Verstärkungselement gemäß Fig. 3B ist ein scheibenförmiges Verstärkungselement 21 mit einer teilsphärischen Vertiefung 22 in der oberen Oberfläche und einer ringförmigen Nut '2 3 in der
- gf -
. S-
unteren Oberfläche. Innerhalb von der Nut 23 ist das Verstärkungselement 21 mit einem ringförmigen Vorsprung 2 4 versehen. Das Verstärkungselement 21 ist zum Einarbeiten in den Kopf eines Kolbens gedacht, wobei die Vertiefung 22 eine Brennkammer bildet und der Rest eine allgemeine Verstärkung des Kopfbereiches bildet.
Das Verstärkungselement gemäß Fig. 3C ist ein ringförmiges Verstärkungselement 24' mit einer Nut 25 um die untere Oberfläche, welche eine dem Inneren des Verstärkungselements benachbarte Ringrippe 26 bildet. Dieses Verstärkungselement ist zur Verstärkung der Peripherie eines Kolbenkopfes gedacht. Das Verstärkungselement 27 gemäß Fig. 3D hat die Form einer durchgebogenen Scheibe mit einem zentralen, kegelstumpfförmigen Vorsprung 28, der von einem Ringflansch 29 umgeben ist. Das Verstärkungselement 27 wird in einen Kolbenkopf eingearbeitet, wobei die Oberfläche des Vorsprunges eine Brennkammer definiert und der Ringflansch die Kante des Kopfes verstärkt.
Das Verstärkungselement 30 gemäß Fig. 3E hat die Form einer Scheibe, die auf ihrer oberen Oberfläche eine Vertiefung 31 mit zwei teilweise kreisförmigen Bereichen 32, die von einem länglichen Kanal 33 getrennt sind, aufweist. Das Verstärkungselement 30 wird in einen Kolbenkopf eingearbeitet, wobei die Vertiefung 31 eine Brennkammer zur Gewährleistung einer effektiven Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches definiert.
Die Verstärkungselemente 15, 16 (oder jedes beliebige der Verstärkungselemente gemäß Figuren 3A bis 3E) werden danach in einer Form eines Druckguß-Apparates positioniert. Geschmolzenes Aluminium oder Aluminiumlegierung wird dann in die Form eingeführt und unter der Kraftwirkung von z.B. drei oder mehr Tonnen verdichtet. Dieser Druck preßt das geschmolzene Metall in die Verstärkungselemente 15j wobei das geschmolzene Metall oder die
Metallegierung durch die Hohlräume zwischen den einzelnen Fasern oder Whiskern dringt.
Die Wärme des geschmolzenen Metalls verdampft den Binder,und alle erzeugten Gase werden durch den während des Druckgießens angewendeten Druck hinausgedrückt. Die Festigkeit des Binders und das Vorliegen von Hohlräumen gewährleisten, daß das Verstärkungselement keine oder keine wesentliche Deformation erleidet, so daß keine Veränderung in der Form oder dem Volumen während des Druckgießens eintritt, so daß die Fasern oder Whisker ihre Orientierung zueinander nicht ändern.
Auf diese Weise wird ein Kolben durch Druckgießen hergestellt, dessen Kopf 11 mit Whiskern oder Fasern verstärkt ist und, im Falle der Ausführungsform gemäß Fig. 1 auch eine ringbandflörmige Verstärkung aufweist. Die Kolbenringnuten 12,. 13 werden dann in das Ringband eingearbeitet,und die erforderliche Feinbearbeitung wird gleichzeitig vorgenommen. Auf diese Weise werden Kolbenringnuten mit erhöhtem Verschleißwiderstand aufgrund der Anwesenheit der Faser oder Whisker gebildet. Zusätzlich bilden die Fasern oder Whisker auch ein Band geringer thermischer Leitfähigkeit in dieser Region.
Aus Fig. 4 ergibt sich, daß ein Verstärkungselement für Kolbenringnuten und den Kopf in einem einzigen Stück 17 geformt sein können und daß eine Verbrennungskammer (Mulde) in den verstärkten Bereich des Kopfes eingearbeitet sein kann.
Die Aluminiumfasern oder Whisker des Verstärkungselementes verleihen dem Kolben einen Kopf 11 und - wenn ebenfalls verstärkt Kolbenringnuten 13, Ik3 welche besser in der Lage sind, den Einflüssen von Hitze und Verschleiß zu widerstehen als das Aluminium oder die Aluminiumlegierung des Kolbens selbst.
In vorteilhafter Weise können, obwohl die Verstärkungselemente des
Kopfes und/oder des Ringbandes bei einem Kolben unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben worden sind, ähnlich gebildete Verstärkungselemente an anderen Stellen eines Kolbens verwendet werden. Z. B. kann eine Verstärkung am kurbelseitigen Kolbenende vorgesehen sein, um dieses offene Ende zu verstärken und/oder zu versteifen. Ein solches Verstärkungselement kann auch ein verschleißwiderstandsfähiges Band in diesem Bereich bilden. Außerdem kann ein Verstärkungselement innerhalb des Kolbenkörpers vorgesehen sein, um die Ausdehnung des Kolbens unter Kontrolle zu halten.
^; In vorteilhafter Weise können auch andere Artikel als Kolben auf diese Weise verstärkt werden. Z.B. andere Teile von Maschinen oder Motoren können so verstärkt werden oder auch Nicht-Maschinen- oder Motor-Teile wie Verkleidungen oder Gehäuse können so verstärkt werden.
Das Metall oder die Metallegierung muß nicht Aluminium oder eine Aluminiumlegierung sein, Magnesium oder Magnesiumlegierung können verwendet. werden oder andere geeignete Metalle oder Metallegierungen.
Die Whisker oder Fasern müssen nicht für gesteigerte Verschleiß
Hitzeoder) Widerstandseigenschaft en ausgewählt sein, sie können auch für andere gewünschte Eigenschaften ausgewählt sein, wie die Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit oder der Festigkeit.
Obwohl Kohlehydrate, Proteine, Klebstoffe, Latexlösungen und Polymere für den Gebrauch als das Bindemittel beschrieben wurden, können in vorteilhafter Weise auch alle anderen geeigneten Materialien verwendet werden, die die Fasern oder Whisker - nach dem Trocknen - in ausreichendem Maße zusammenhalten, so daß das Verstärkungselement aus solchen Fasern oder Whiskern, in das das geschmolzene Metall oder die Metallegierung während des Gießens eindringt, während des Gießens nicht verformt wird und daß der
Binder verbrannt oder verdampft oder sonstwie infolge des Kontaktes mit dem geschmolzenen Metall oder der Metallegierung verteilt wird.

Claims (15)

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1. Verstärkungselement zum Einlagern in einen gegossenen Artikel aus Metall oder einer Metallegierung während des Gießens, hergestellt aus einer Menge von Pasern oder Whiskern, da durchgekennzeichnet, daß mit%ls eines inerten Binders , der die Gestalt des Verstärkungselementes (15; 16; 19; 21; 24'; 27; 30) während des Gießprozesses, in dem das geschmolzene Metall oder die geschmolzene Metallegierung die Menge der Pasern oder Whisker durchsetzt, aufrechterhält, die Menge von Pasern oder Whiskern zusammengehalten wird, um das Verstärkungselement in das Gußstück einzulagern, wobei der inerte Binder von dem geschmolzenen Metall oder der geschmolzenen Metallegierung vertrieben wird.
2. Verstärkungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Binder ein Kohlehydrat mit Klebeeigenschaften oder ein Protein oder ein Latexmaterial oder ein Polymer ist.
3. Verstärkungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Whisker oder Pasern Aluminium-Whisker oder - Pasern oder eine Mischung aus Aluminium- und Siliziumoxyd - Fasern sind.
4. Verstärkungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 35 dadurch gekennzeichnet, daß die Whisker oder Fasern in dem Verstärkungselement unregelmäßig verteilt sind.
5. Verstärkungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 3j dadurch gekennzeichnet, daß die Whisker oder Fasern mit einer im wesentlichen vorbestimmten Orientierung zueinander angeordnet sind.
6. Verstärkungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 53 dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkungselement durch Gießen in einen Kolben aus Metall oder einer Metallegierung für eine Verbrennungsmaschine eingelagert ist.
7· Verstärkungselement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkungselement den Kopf des Kolbens und/oder eine Fläche des Kolbens bildet, in die eine oder mehrere Kolbenringnuten eingeformt ist (sind).
8. Verfahren zum Herstellen eines Verstärkungselementes aus Whiskern oder Fasern zum Einlagern in einen gegossenen Artikel aus Metall oder einer Metallegierung während des Gießens, wo^· bei geschmolzenes Metall oder geschmolzene Metallegierung das Verstärkungselement durchsetzt,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Menge von Fasern oder Whiskern eines Verstärkungsmaterials vor dem Gießen mit einem inerten Binder^1" die Fasern oder Whisker zusammenhält und der auf das Gießen hin aus dem Verstärkungselement von dem geschmolzenen Metall oder der geschmolzenen Metallegierung ohne oder ohne wesentliche Verformung des Verstärkungselementes vertrieben wird, miteinander verbunden wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern oder Whisker mit dem Bindel^einer flüssigen Suspension gemischt werden und dann die Flüssigkeit entfernt wird, so daß
die Pasern oder Whisker miteinander verbunden bleiben.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Binder ein Kohlehydrat ist, der mit einem Netzmittel gemischt ist, bevor er mit den Pasern oder Whiskern gemischt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Pasern oder Whisker orientiert werden, nachdem sie mit der Netzmittel/Kohlehydrat-Mischung gemischt worden sind.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkungselement eine Volumendichte aus den Pasern oder Whiskern von 15 bis 25 % aufweist und das übrige Volumen aus Hohlräumen besteht. .
13· Verfahren nach Anspruch 8,oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Binder ain Protein ist oder ein Klebstoff mit einem Schaumerzeuger als Flüssigkeit ist, oder eine Latexlösung ist, welche auch die Flüssigkeit bildet, oder eine Polymer-Lösungsmittel-Lösung ist, die auch die Flüssigkeit bildet·
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß als weiterer Schritt das Verstärkungselement in eine Gießform eingesetzt wird und dann das Metall oder die Metallegierung in die Gießform zur Formung eines Kolbens für eine Verbrennungsmaschine eingebracht wird, wobei das geschmolzene Metall oder die geschmolzene Metallegierung das Verstärkungselement durchsetzt und den Binder vertreibt.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Gießschritt ein Druckguß-Gießschritt ist, in dem das der Form zugeführte geschmolzene Metall oder die ihr zugeführte geschmolzene Metallegierung unter Druck verdichtet wird.
Kaiser-Friedrich-Ring 70 D-4000 DÜSSELDORF 11
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0IPL.-ING. ALEX STENGER DIPL.-ing. WOLFRAM WATZKE DIPL.-ING.H EINZ J. RING
Datum: 14. Septem
Unser Zeichen: 2 5 598
AE PLC
Cawston House, Cawston, Rugby, Warwickshire CV22 7SB/England
Verstärkungselement für Artikel aus gegossenem Metall oder gegossener Metallegierung sowie Verfahren seiner Herstellung
(Neue) Ansprüche:
1. Verstärkungselement zum Einlagern in einen gegossenen Artikel aus Metall oder einer Metallegierung während des Druckgießens, hergestellt aus einer Menge von Fasern oder Whiskern, da durch gekennzeichnet, daß mittels eines inerten Binders, der Hohlräume (Lücken) zwischen den Fasern oder Whiskern schafft und der die Gestalt des Verstärkungselementes (15; 16; 19; 21; 24'; 27; 30) während des Druckgießprozesses, in dem das geschmolzene Metall oder die geschmolzene Metallegierung unter Druck die Hohlräume in der Menge der Fasern oder Whisker durchsetzt, aufrechterhält, die Menge von Fasern oder Whiskern zusammengehalten wird, um das Verstärkungselement in das Gußstück einzulagern, wobei der inerte Binder von dem geschmolzenen Metall oder der geschmolzenen Metalllegierung vertrieben wird.
2. Verstärkungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Binder ein Kohlehydrat mit Klebeeigenschaften oder ein Protein oder ein Latexmaterial oder ein Polymer ist.
3· Verstärkungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Whisker oder Fasern Aluminium-Whisker oder -Fasern oder eine Mischung aus Aluminium- und Sjliziumoxyd - Fasern sind.
4. Verstärkungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet j daß die Whisker oder Fasern in dem Verstärkungselement unregelmäßig verteilt sind.
5. Verstärkungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Whisker oder Fasern mit einer im wesentlichen vorbestimmten Orientierung zueinander angeordnet sind.
6. Verstärkungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkungselement durch Gießen in einen Kolben aus Metall oder einer Metallegierung für eine Verbrennungsmaschine eingelagert ist.
7. Verstärkungselement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkungselement den Kopf des Kolbens und/oder eine Fläche des Kolbens bildet, in die eine oder mehrere Kolbenringnuten eingeformt ist (sind).
8. Verstärkungselement nach einem der Ansprüche 1 bis Y, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern oder Whisker einen Durchmesser von 1 bis 5 /im und eine Länge vom 100-fachen bis 1000-fachen dieses Durchmessers aufweisen.
9. Verfahren zum Herstellen eines Verstärkungselementes aus Whiskern oder Fasern zum Einlagern in einen gegeossenen Artikel aus Metall oder einer Metallegierung während des Druckgießens, wobei geschmolzenes Metall oder geschmolzene Metallegierung unter dem Druckgußdruck das Verstarkungselement durchsetzt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Menge von Fasern oder Whiskern eines Verstärkungsmaterials vor dem Gießen mit einem inerten Binderjmiteinander verbunden wird und der Binder die Fasern oder Whisker zusammenhält, wobei zwischen den Fasern oder Whiskern Hohlräume (Lücken) verbleiben, und auf das Gießen hin aus dem Verstärkungselement von dem geschmolzenen Metall oder der geschmolzenen Metallegierung ohne oder ohne wesentliche Verformung des Verstärkungselementes vertrieben wird, wenn das geschmolzene Metall oder die geschmolzene Metallegierung unter Druck die Lücken durch-
aetzl.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Pasern oder Whisker mit dem Binder in einer flüssigen Suspension gemischt werden und dann die Flüssigkeit entfernt wird, so daß die Fasern oder Whisker miteinander verbunden bleiben.
11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Binder ein Kohlehydrat ist, der mit einem Netzmittel gemischt ist, bevor er mit den Fasern oder Whiskern gemischt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern oder Whisker orientiert werden, nachdem sie mit der Netzmittel/Kohlehydrat-Mischung gemischt worden sind.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkungselement eine Volumendichte, aus den Fasern oder Whiskern von 15 bis 25% aufweist und das übrige Volumen aus Hohlräumen besteht.
14. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Binder ein Protein ist oder ein Klebstoff mit einem Schaumerzeuger als Flüssigkeit ist, oder eine Latexlösung ist, welche auch die Flüssigkeit bildet, oder eine Polymer-Lösüngsmittel-Lösung ist, die auch die Flüssigkeit bildet.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß als weiterer Schritt das Verstärkungselement in eine Gießform eingesetzt wird und dann das Metall oder die Metallegierung in die Gieß.form zur Formung eines Kolbens für eine Verbrennungsmaschine eingebracht wird, wobei das geschmolzene Metall oder die geschmolzene Metallegierung das Verstärkungselement durchsetzt und den Binder vertreibt.
l6. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 15» dadurch gekennzeichnet, daß die Pasern oder Whisker einen Durchmesser von 1 bis 5 um und eine Länge vom 100-fachen bis 1000-fachen dieses Durchmessers aufweisen.
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