DE3720714A1 - Waermedaemmsystem fuer heisse gase fuehrende eingegossene bauteile von brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Wärmedämmsystem für heiße Gase führende, eingegossene Bauteile von Brennkraftmaschinen.

Es ist im Stand der Technik üblich, Bauteile an Brennkraftmaschinen, die heiße Gase führen, wie beispielsweise die Abgase der Brennkraftmaschine zumindest teilweise als Gußbauteile herzustellen und beispielsweise am Motorblock der Brennkraftmaschine zu befestigen. So ist es beispielsweise üblich, die Abgase der einzelnen Zylinder mit gegossenen Abgaskrümmern zusammen und gemeinsam an den angeschlossenen Auspuffkanal weiterzuführen. Diese Abgaskrümmer werden in einer Gußform mit den entsprechenden Anschlußstutzen für die Einleitung der Abgase sowie mit dem Auslaßstutzen zum Anschließen des Auspuffskanals gegossen und dann an der Brennkraftmaschine so angebracht, daß die Anschlußstutzen für die Einleitung der Abgase der einzelnen Zylinder mit entsprechenden, in den jeweiligen Zylinderköpfen ausgebildeten Auspuffkanälen fluchten.

Es ist darüber hinaus auch bekannt, die einzelnen Auslaß-/Einlaßkanäle, die in den Zylinderköpfen ausgebildet sind, mit isolierenden Innenauskleidungen zu versehen. Diese Innenauskleidungen sollen eine übermäßige Aufheizung der durch den Zylinderkopf fließenden Kühlmittel und damit einer Überhitzung des Zylinderkopfes vorbeugen, sie sollen darüber hinaus aber auch die Emission von Schadstoffen in die Atmosphäre dadurch verhindern, daß die Auspuffgase hinter den Auslaßventilen auf hoher Temperatur gehalten werden. Wenn die Temperatur der Auspuffgase möglichst hoch gehalten wird, arbeiten die in dem Auspuffsystem im allgemeinen angeordneten nachgeschalteten Aggregate, deren Aufgabe die Herabsetzung der schädlichen Abgasebestandteile ist, mit größerem Wirkungsgrad. Dadurch kann nicht nur der Anteil der schädlichen Abgase gesenkt, sondern auch Kraftstoff gespart werden.

Um eine optimale Einbettung der Innenauskleidung in den Auspuffkanälen des Zylinderkopfes zu erhalten, waren einerseits rohrförmige Einsatzstücke bekannt, die nach dem Gießen des Zylinderkopfes in die verbleibenden Auspuffkanäle eingeschoben worden sind. Dies ist jedoch nur bei relativ einfachem Verlauf der Auspuffkanäle möglich. Bei komplizierterem oder gekrümmtem Verlauf der Auspuffkanäle war es auch bekannt, solche Einsatzstücke geeignet in der Gußform eines Zylinderkopfes anzuordnen und dann den Zylinderkopf um diese Einsatzstücke herum zu gießen. Ein Beispiel einer solchen Technik ist in der DE-OS 36 07 911 beschrieben.

Für die Dämmung von Abgaskrümmern, die also die Auspuffkanäle der einzelnen Zylinder außerhalb der Zylinderköpfe fortsetzen und einer gemeinsamen Auspuffleitung zuführen, waren bisher zur Wärmedämmung Ummantelungen bekannt, in die die Krümmer nach ihrer Herstellung im Guß eingebettet worden sind. Die Befestigung solcher Ummantelungen, beispielsweise gegenüber dem Zylinderkopf ist jedoch relativ umständlich und darüber hinaus ist die wärmedämmende Wirkung bekannter Ummantelungen begrenzt.

Der Erfindung liegt ausgehend von diesem Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, ein Wärmedämmsystem für heiße Gase führende, eingegossene Bauteile von Brennkraftmaschinen zu schaffen, das einfach verwirklicht werden kann und das eine extrem hohe wärmedämmende Wirkung auf die hindurchgeleiteten Abgase hat.

Gelöst wird diese Aufgabe bei einem Wärmedämmsystem der eingangs genannten Art durch eine Innenauskleidung aus einzelnen, miteinander verbundenen Rohrelementen aus einem hochwarmfesten Material und durch einen keramische Hochtemperaturfasern umfassenden Dämmstoffkorpus, der als Wärmedämmschicht die Rohrelemente umgibt, wobei die vom Dämmstoffkorpus ummantelten miteinander verbundenen Rohrelemente als Kern beim Gießen des Bauteils dienen. Mit diesen Merkmalen wird es möglich, komplizierte Formen der unterschiedlichsten Art von solchen heiße Gase führenden Bauteilen zu verwirklichen, indem entsprechend geformte Rohrelemente miteinander verbunden und dann mit dem Dämmstoffkorpus ummantelt werden. Es lassen sich damit beispielsweise Abgaskrümmer für Motoren jeglicher Größe und Bauart herstellen. Die extrem gute Wärmedämmung wird durch die Verwendung eines keramische Hochtemperaturfasern umfassenden Dämmstoffkorpus, der die dann miteinander verbundenen Rohrelemente insgesamt ummantelt, erreicht. Als Dämmstoffkorpus kann ein Dämmstoffkorpus aus keramischen Hochtemperaturfasern des Systems Al₂O₃/SiO₂ verwendet werden. Die Herstellung des Dämmkorpus,entsprechend der jeweils benötigten Form erfolgt z.B. im Vakuumansaugverfahren mit nachgeschalteter thermischer Präzisionspressung. Hierdurch ist eine serienmäßige Herstellung in reproduzierbarer Einstellung möglich.

Ein solcher Dämmstoffkorpus kann an komplizierteste Formen der Gasführungsbauteile angepaßt werden und dient beim Umgießen als Kern, der nach dem Gießvorgang im Gußbauteil verbleibt.

Ein solcher keramischer Dämmkorpus verhindert weitgehend die Wärmeübertragung an die gegossenen und damit wassergekühlten Zylinderkopfwände und an das Kühlwasser.

Durch die hohe Temperatur, die die Innenauskleidung aus dem hochwarmfesten Material durch unmittelbaren Kontakt mit den heißen Gasen aufnimmt und aufgrund der Wärmedämmung durch einen solchen Dämmkorpus beibehält, wird als Nachreaktion eine Oxidation, also eine chemische Veränderung von Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid und von Kohlenwasserstoffen zu Wasser- und Kohlendioxid begünstigt. Hierdurch werden die schädlichen Abgasbestandteile wesentlich herabgesetzt. Dies geschieht insbesondere dann, wenn die Abgase noch ausreichend Sauerstoff für eine Nachreaktion enthalten. Ein Dämmkorpus unter Verwendung von keramischen Hochtemperaturfasern bietet gegenüber herkömmlichen Dämmaterialien, die aus Oxidkeramik bestehen, nicht nur den Vorteil, daß sie sich gegenüber solchen Oxidkeramikteilen in beliebiger Form und mit beliebigem Querschnitt herstellen lassen, sondern führen auch zu einer höheren Reduktion des Kühlaufwandes bei Brennkraftmaschinen, zu einer geringeren Wärmekapazität, zu einem geringeren Wärmedurchgang,zu einer höheren thermischen Stabilität, zu einer besseren Geräuschreduktion, zu einer höheren Abgasschadstoffsenkung, zu einer höheren Wirksamkeit bei Turbo-Komprexaufladung, zu einem höheren Temperaturniveau für Abgasreinigungssysteme, zu einem einfacheren Handling beim Eingießen, zu einem problemloseren Eingießen auch in Gußeisen und schließlich auch zu einer höheren mechanischen Festigkeit bzw. Haltbarkeit.

Diese Vorteile werden auch bei einer alternativen Ausführungsform dann erreicht, wenn der Dämmstoffkorpus aus einer Mischung von mikroporösem Siliziumdioxid, keramischen Fasern und Trübmitteln geformt ist. Ein solches Material ist unter der Bezeichnung "Minileit" bekannt und bedient sich zur Wärmedämmung des Prinzips der Mikroporosität, wobei die Wärmeleitung auf das niedrigste theoretisch mögliche Maß reduziert wird. Die beim Wärmedurchgang durch Dämmstoffe stattfindenden Vorgänge, wie Wärmeleitung, Gaskonvektion, ultrarote Wärmestrahlung und molekulare Wärmeleitung durch Gase werden bei einem solchen Dämmkorpus auf dem Prinzip der Mikroporosität allesamt auf das niedrigst mögliche Maß reduziert. Die Wärmeleitung über Festkörper wird durch die Benutzung von Stoffen mit äußerst niedriger Wärmeleitfähigkeit minimiert, die derart konstruiert sind, daß sie auf dem Weg der Wärmeleitung einen niedrigen Feststoffquerschnitt aufweisen. Die gasförmige Konvektion wird minimiert, in­ dem die Hohlraumzellen ausreichend klein gehalten werden, so daß Konvektionsströme nicht entstehen können. Hierzu wird ein äußerst feines Pulver aus amorphem Siliziumdioxid eingesetzt, das geeignet geformt und verfestigt wird, so daß eine extrem kleine Hohlraumgröße entsteht. Diese Hohlraumgröße ist kleiner als die durchschnittliche freie Weglänge der Luftmoleküle.

Zur Herabsetzung der Ultrarotstrahlung verwendet der beschriebene Dämmkorpus Minileit als Trübmittel Hochtemperaturmetalloxide einer besonderen Teilchengröße und Verteilung.

Die Wärmeleitung wird schließlich ebenfalls dadurch herabgesetzt, daß man den Abstand der Zellwände in diesem Material kleiner als die mittlere freie Weglänge eines Luftmoleküls, d.h. weniger als 0,1 µm unter Normalbedingungen verwirklicht.

Ein weiterer Vorteil eines Dämmstoffkorpus, der keramische Hochtemperaturfasern umfaßt, liegt darin, daß die Möglichkeit geschaffen wird, statt dem bisher üblichen Grauguß, der bisher bei heiße Gase führenden Bauteilen verwendet werden mußte, nun auch, wie das schon bei Motoren üblich ist, Aluminium als Gußmaterial einzusetzen. Bei Motoren mit sehr hohen Abgastemperaturen, z.B. bei Hochleistungsmotoren, mußte man darüber hinaus bisher ein höher legiertes Gußmaterial für die heiße Gase führenden Bauteile verwenden. Durch die Wärmedämmung mit einem keramische Hochtemperaturfasern umfassenden Dämmstoffkorpus kann nun auch für diese Zwecke einfacherer Grauguß oder auch ein Aluminiumguß eingesetzt werden.

Bei einer möglichen Ausführungsform der Erfindung bilden die einzelnen Rohrelemente Stoßstellen, an denen sie steckbar miteinander verbindbar sind. Die als Steckverbindungen ausgebildeten Stoßstellen zwischen den einzelnen Rohrelementen schaffen einen gewissen Ausgleich von thermischen Ausdehnungswegen, die die Rohrelemente erfahren, wenn die heißen Abgase hindurch geleitet werden. Spannungen innerhalb des durch die Rohrelemente gebildeten Kanalsystems werden dadurch vermieden. Die Herstellung von längeren Leitungen ist äußerst einfach möglich, indem die Rohrelemente in einer der Außenkontur des gewünschten Bauteils entsprechenden Gußform angeordnet und dann umgossen werden.

Die Art, wie die Steckverbindung zwischen den einzelnen Rohrelementen erreicht wird, kann verschieden sein. So kann beispielsweise vorgesehen sein, die einzelnen Rohrelemente an den die Stoßstellen bildenden Enden an einem Ende als Steckerteil und am anderen Ende als Buchsenteil auszubilden. Durch das Hintereinanderstecken lassen sich dann entsprechend lange Leitungen zusammenstecken. Die einzelnen Rohrelemente werden entsprechend ihrer bestimmungsgemäßen Verwendung beispielsweise mit Anschlußstutzen ausgestattet, die dann im Falle von Auspuffkrümmern entsprechend auf die entsprechenden Stutzen an einen Zylinderkopf passen. So kann für jeden Zylinder beispielsweise ein einzelnes Rohrelement vorgesehen sein, welches dann mit den anderen Rohrelementen der anderen Zylinder zusammengesteckt wird und so einen Abgaskrümmer bildet. Für einen Vierzylinder würden dann z.B. vier Rohrelemente eingesetzt, während für einen Sechszylinder sechs Rohrelemente verwendet werden würden.

Bei einer anderen Ausgestaltung wird die Steckverbindung dadurch bewirkt, daß die einzelnen Rohrelemente an ihren die Stoßstellen bildenden Enden gleich ausgebildet sind und daß Zwischenringe vorgesehen sind, über die die aufeinanderweisenden Enden der Rohrelemente aufsteckbar sind. Dabei können die Rohrelemente an ihren Enden im Durchmesser etwas erweitert sein, so daß die Zwischenringe beim Aneinanderstecken an der Verbindungstelle der Rohrelemente aufgenommen werden, ohne einen stufenförmigen Abschnitt im Innern der Rohrelemente zu bilden, was einer gleichmäßigen Gasströmung entgegenwirken würde.

Bei einer anderen Ausgestaltung sind die einzelnen Rohrelemente miteinander verschweißt und es werden im Verlauf eines aus miteinander verschweißten Rohrelementen gebildeten Leitungsrohres Spannungs- und Dehnungsausgleichselemente vorgesehen. Solche Dehnungsausgleichselemente können als Metallbälge verwirklicht sein. Um im Bereich der Metallbälge eine elastische Ummantelung mit Hilfe eines Dämmstoffkorpus der genannten Art sicherzustellen, kann in diesem Bereich der Dämmstoffkorpus in der Form eines in Rasterform versteppten keramischen Faservlieses verwendet werden. Durch die Versteppung wird eine gewisse Elastizität des Dämmkorpus erreicht. Das Faservlies kann aus einem Al₂O₃/SiO₂-Vlies bestehen.

Die die Innenauskleidung bildenden Rohrelemente können von im Tiefziehverfahren herstellten Metallteilen aus hochwarmfesten Edelstählen hergestellt werden. Als Edelstahl kommt beispielsweise ein Inconel-Stahl, ein Nimonicstahl und ähnliche Edelstähle in Frage.

Vor dem Umgießen der miteinander verbundenen und mit einem Dämpfstoffkorpus ummantelten Rohrelemente muß das so gebildete Bauteil zur Entgasung getempert werden. Der nachfolgende Gießvorgang läßt sich an sich unmittelbar um das Dämmaterial herum dann besser durchführen, wenn der Dämmstoffkorpus keine weitere Außenhaut aufweist. Der Dämmstoffkorpus kann dann besser entgasen und es entstehen keine Schwierigkeiten mit dem Gasen während des Gusses. Allerdings kann es dabei zu Schrumpfungen des Dämmstoffkorpus und damit zu Formveränderungen kommen, was nur dann in Kauf genommen werden kann, wenn es auf die Maßhaltigkeit des ummantelten Rohrelements im dann fertig gegossenen Bauteil nicht ankommt, d.h., wenn große Maßtoleranzen zulässig sind. Wenn jedoch eine hohe Maßhaltigkeit gefordert ist, ist es von Vorteil, den Dämmkorpus mit einer Außenhaut zu ummanteln. Die Außenhaut kann ebenfalls aus einem Inconelstahl bestehen. Es kann aber auch vorgesehen sein, als Außenhaut ein sogen. Keramikfaser-Coating, aus beispielsweise einem kolloidalen SiO₂ mit einer Keramikfasermatrix einzusetzen. Ein solches Coating hat eine klebende Eigenschaft und besitzt darüber hinaus den Vorteil, daß keine zusätzliche Stahlaußenhaut vorgesehen werden muß. Die Masse für ein solches Keramikfaser-Coating ist im Gegensatz zu bekannten Kitten und Mörteln relativ leicht und ist bezüglich des Dehnungs­ und Schwingungsverhaltens optimal auf die Faserwerkstoffe des Dämmstoffkorpus abgestimmt. Dieses Coating kann auf den Dämmstoffkorpus einfach aufgespritzt werden.

Die Erfindung beansprucht außerdem Schutz für ein einzelnes Rohrelement mit den Merkmalen der auf ein solches Rohrelement gerichteten Ansprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben.

Fig. 1 zeigt die Gesamtansicht der aus einzelnen Rohrelementen zusammengesetzten Innenauskleidung für einen Abgaskrümmer, der jedoch noch nicht umgossen ist,

Fig. 2 zeigt eine Ansicht in Pfeilrichtung II der Fig. 1 auf den Abgaskrümmer mit Guß und eingebetteter Innenauskleidung,

Fig. 3 ist eine Schnittdarstellung des Details D der Fig. 1,

Fig. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Details D in Fig. 1,

Fig. 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Details D in Fig. 1,

Fig. 6 ist ebenfalls ein weiteres Ausführungsbeispiel der Details D der Fig. 1 und

Fig. 7 zeigt einen Abgaskrümmer mit zusammengeschweißten Rohrelementen und mit einem Metallbalg zum Dehnungsausgleich.

In Fig. 1 ist das erfindungsgemäße Wärmedämmungssystem am Beispiel eines Abgaskrümmers, im folgenden als Sammelleitungsrohr bezeichnet, dargestellt. Das Wärmedämmungssystem bildet eine Innenauskleidung, die im Ganzen mit 1 bezeichnet ist. Diese Innenauskleidung wird, wie noch weiter unten erläutert werden wird, nach dem Zusammenstecken der einzelnen Elemente zur Herstellung des fertigen Sammelleitungsrohres umgossen. Der Gußmantel ist in Fig. 1 nicht dargestellt, jedoch in Fig. 2 zu erkennen.

Wie zu sehen ist, ist die dargestellte Innenauskleidung für einen Auspuffkrümmer einer Sechszylinderbrennkraftmaschine geeignet. Die Innenauskleidung besteht aus sechs einzelnen, ineinandergesteckten Rohrelementen 2 bis 7. Jedes Rohrelement weist einen Anschlußstutzen 2 a bis 7 a auf. Diese Anschlußstutzen 2 a bis 7 a fluchten mit nicht dargestellten Auspuffkanälen in den jeweiligen Zylinderköpfen der Brennkraftmaschine.

Das Rohrelement 2 ist mit einem Auslaßstutzen 2 b versehen, an dem eine Auspuffleitung zum Weiterleiten der gesammelten Abgase angeschlossen werden kann.

Die Rohrelemente bilden an den mit S bezeichneten Linien Stoßstellen, an denen sie steckbar miteinander verbunden sind. Nach dem Zusammenstecken wird die dann fertiggestellte Innenauskleidung in eine Gußform gelegt und es wird dann der äußere Gußmantel des Sammelleitungsrohres erzeugt. Die Rohrelemente dienen bei diesem Gießvorgang als Kern in der Gußform. Nach dem Umgießen liegen die Rohrelemente fest eingebettet in der Gußform, wie das die Fig. 2 in der Ansicht II der Fig. 1 zeigt. Dort ist der Gußmantel mit dem Bezugszeichen 8 versehen und weist geeignete Anschlüsse, beispielsweise Bohrungen 9 auf, um die weiteren Anschlüsse herstellen zu können.

Der Aufbau der einzelnen Rohrelemente ist in einem ersten Ausführungsbeispiel in Fig. 3 dargestellt. Dort ist im Detail die Stoßstelle zwischen dem Rohrelement 5 und dem Rohrelement 6 beispielsweise dargestellt. Auch die übrigen Stoßstellen S sind bei den weiteren Ausführungsvarianten jeweils entsprechend ausgebildet. Die Innenwand 10 der Rohrelemente 5 und 6 (und auch der übrigen Rohrelemente) besteht aus einem Inconelstahl 600, beispielsweise mit einer Dicke von 0,45 mm. Auf der nicht der Abgasführungsseite zugewandten Fläche der Innenwand 10 ist ein Dämmstoffkorpus 11 in Form eines Keramikfaser-Materials aufgebracht. Dieses Material umgibt die Innenwand 10 vollständig, d.h., also auch im Verlauf der einzelnen Anschlußstutzen 5 a bzw. 6 a usw.

Die von diesem Dämmstoffkorpus 11 gebildete Wärmedämmschicht ist in eine Außenhaut 12 eingebettet, die im Falle des Ausführungsbeispiels nach Fig. 3 ebenfalls aus Inconelstahl 600 besteht. Der Stahl ist jedoch dünner als derjenige der Innenwand 10 und beträgt in seiner Stärke ca. 0,2 mm.

Die Herstellung dieser so aufgebauten Rohrelemente geschieht durch Vorfertigen der Innenwand 10 und der Außenhaut 12 im Tiefziehverfahren. Wie zu sehen ist, sind bei diesem Ausführungsbeispiel die Stoßstellen so ausgebildet, daß das Rohrelement 5 auf seiner dem Rohrelement 6 zugewandten Seite als Steckerteil ausgebildet ist, während das Rohrelement 6 auf dieser Seite als Buchse dient. Hierzu geht das Rohrelement 5 zunächst in einer Stufe 15 in einen sich achsparallel erstreckenden Abschnitt 16 und von dort in eine Schräge 14 zum Ende 13 hin über. Im letzten Abschnitt 17 ist die Außenhaut 12 unmittelbar mit der Innenwand 10 verbunden, so daß der Dämmstoffkorpus 11 vollständig eingebettet ist. Die Innenwand 10 des Rohrelementes 6 ist korrespondierend dem geschilderten Verlauf der Außenhaut 12 entsprechend als Buchse ausgebildet. Im Bereich der horizontal verlaufenden Abschnitte 16 und 17 entstehen somit Überlappungsbereiche, die eine in Achsrichtung mögliche Verschiebung der Rohrelemente 5 und 6 gegeneinander ermöglichen, ohne dadurch die Dichtwirkung an der Stoßstelle aufzugeben. Durch die Ausbildung der Stufe 15 und der Stufe 18 können die Rohrelemente so zusammengesteckt werden, daß weder zur Außenfläche hin noch zur Innenseite, die mit den Abgasen in Berührung kommt, Vorsprünge gebildet werden.

Eine weitere mögliche Ausgestaltung der Stoßstellen S ist in Fig. 4 dargestellt. Bei dieser Variante ist der Dämmstoffkorpus am Ende durch jeweils senkrecht verlaufende Abschnitte 19 bzw. 20 eingebettet, über die die Außenhaut 12 in Kontakt mit dem Endbereich der Innenwand 10 bzw. die Innenwand des Rohrelementes 6 in Kontakt mit der Außenhaut 12 übergeht.

Zur heißgasführenden Innenseite hin ist die Ausführung ebenfalls so getroffen, daß keine Kanten entstehen, die in die Leitung hineinragen. Zur Außenfläche, um die der Guß herumgegossen wird, bildet das Rohrelement 6 einen Überlappungsbereich, der im Gegensatz zur Ausführungsform der Fig. 3 über die Fläche der Außenhaut 12 des Rohrelementes 5 übersteht.

In den Fällen der Fig. 3 und 4 besteht die Außenhaut jeweils, wie erwähnt, aus einem dünnen Stahlblech.

Bei den Ausführungsbeispielen der Fig. 5 und 6 besteht dagegen die Außenhaut aus einem Keramikfaser-Coatingmaterial. Diese Außenhaut ist mit dem Bezugszeichen 21 versehen. Um den Dämmkorpus 11 bei diesen Ausführungsbeispielen einbetten zu können, sind die Endbereiche der Rohrelemente jeweils gleich ausgebildet. Bei dem Ausführungsbeispiel nach der Fig. 5 geht die Innenwand 10 jeweils über eine Stufe 22 in einen Abschnitt größeren Innendurchmessers über und ist am Ende durch einen quer zur Rohrachse weisenden Abschnitt 23 nach oben über die volle Höhe des Dämmkorpus 11 abgebogen. Dadurch wird der Dämmkorpus 11 ebenfalls eingebettet. Die Steckverbindung geschieht mit Hilfe eines Zwischenrings 24, der beidseitig etwa zu gleichen Teilen in die jeweils angrenzenden Rohrelemente hineinragt. Die Rohrelemente werden mit ihren Enden auf diesen Zwischenring 24 aufgeschoben. Zwischen die durch den vertikalen Abschnitt 23 gebildeten Enden wird ein Dichtungsring 24 angeordnet, der ebenfalls aus einem Keramikfaser-Dämmaterial besteht und auch in diesem Bereich eine Wärmeabführung bzw. Wärmeübertragung verhindert.

Die Ausführungsform nach Fig. 6 unterscheidet sich von der Ausführungsform nach Fig. 5 dadurch, daß zur Bildung der Vertikalabschnitte 23 entsprechend ausgebildete Teilstücke 25 bzw. 26 eingesetzt werden. Das Teilstück 25 ist auf die Innenwand 10 so aufgesetzt, daß der vertikale Abschnitt 23 das Ende 27 der Innenwand 10 des Rohrelementes 5 überragt, während das Teilstück 26 am Rohrelement 6 gegenüber dem Ende 28 der Innenwand 10 dieses Rohrelementes zurückversetzt ist. Dadurch untergleitet beim Ineinanderstecken das Ende 28 des Rohrelements 6 das Teilstück 25 des Rohrelements 5, so daß ebenfalls eine Steckverbindung entsteht. Zwischen den beiden vertikalen Abschnitten 23 befindet sich wiederum ein Dichtungsring 24 aus Keramikfaser-Material.

In allen Fällen werden Stoßstellen gebildet, die es erlauben, die Rohrelemente passend ineinanderzustecken, bevor dann der Guß erzeugt wird.

Bei dem in Fig. 7 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Ausschnitt aus einem heißgasführenden Bauteil gezeigt, das ebenfalls mit dem erfindungsgemäßen Wärmedämmsystem ausgestattet ist.

Das Bauteil ist wiederum nur in Ausschnitten gezeigt, wobei drei miteinander verbundene Rohrelemente 2′, 3′ und 4′ zu sehen sind.

Die Rohrelemente 2′ und 3′ sind an ihrer Stoßstelle S miteinander im Bereich ihrer Innenwand 10 verschweißt. Diese Innenwand wird wiederum von einem hochwarmfesten Edelstahl gebildet. Zwischen den Rohrelementen 3′ und 4′ ist zum Dehnungs- und Spannungsausgleich ein Metallbalg 30 angeordnet, der an seinen Enden mit den entsprechenden Enden der Rohrelemente 3′, 4′ verschweißt ist. Die Innenwand 10 ist wiederum mit einem Dämmkorpus 11 der beschriebenen Art ummantelt. Im Bereich des Metallbalgs 30 besteht die Ummantelung 11′ aus einem keramischen Faservlies, das mit Steppnähten 31 rasterförmig versteppt ist. Durch die Ausgestaltung des Dämmkorpus als Faservlies 11′ im Bereich des Metallbalgs 30 wird eine elastische Dämmung in diesem Bereich erzielt, d.h., das Vlies 11′ kann die Dehnungen des Metallbalgs mit ausführen, ohne daß es zu Undichtigkeiten kommt.

Die vom Dämmkorpus 11 und dem Vlies 11′ gebildete Wärmedämmschicht wird wiederum mit einem Außenmantel 21 umgeben. Dieser Außenmantel kann entweder ein Stahlmantel oder aber auch ein Keramikfaser-Coatingmaterial sein. Dieses Material gewährleistet die Maßhaltigkeit nach dem Gießvorgang und läßt aber dennoch Gase durch, so daß beim Tempern des Bauteils vor dem Gießen eine ausreichende Entgasung stattfinden kann.

Das gesamte Bauteil, das wie erwähnt in Fig. 7 nur ausschnittsweise und vereinfacht dargestellt ist, wird dann mit dem Guß 8 versehen.

Die erfindungsgemäß miteinander verbundenen Rohrelemente bilden ein wärmegedämmtes Bauteil, das extrem gute wärmeisolierende Eigenschaften hat. Es ist klar, daß sich mit einem solchen Wärmedämmsystem die unterschiedlichst geformten Rohrelemente miteinander verbinden lassen, so daß man Leitungsrohre für Heißgase beliebiger Form und beliebiger Länge erzeugen kann.

Die Erfindung ist auch auf ein einzelnes Rohrelement gerichtet, das einen Schichtaufbau hat, wie er aus den Fig. 1 bis 7 entnehmbar ist. Solche Rohrelemente lassen sich nicht nur in Abgaskrümmern bzw. Sammelleitungsrohren für Abgase von Brennkraftmaschinen einsetzen, sondern auch in allen heiße Gase führenden Bauteilen, wie Aus/Einlaßkanälen, Kolbenmulden, Vorkammern und Wirbelkammern von Brennkraftmaschinen, wobei diese Rohrelemente dann beim Gießen der entsprechenden Bauteile in die Gußformen eingelegt und dann umgossen werden.

Claims (19)

1. Wärmedämmsystem für heiße Gase führende, eingegossene Bauteile von Brennkraftmaschinen, gekennzeichnet durch eine Innenauskleidung aus einzelnen, miteinander verbundenen Rohrelementen (2, 3, 4, 5, 6, 7; 2′, 3′, 4′) aus einem hochwarmfesten Material (10) und durch einen keramische Hochtemperaturfasern umfassenden Dämmstoffkorpus (11, 11′), der als Wärmedämmschicht die Innenauskleidung (10) der Rohrelemente umgibt, wobei die vom Dämmstoffkorpus (11, 11′) ummantelten, miteinander verbundenen Rohrelemente als Kern beim Gießen des Bauteils dienen.

2. Wärmedämmsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämmstoffkorpus (11, 11′) aus keramischen Hochtemperaturfasern des Systems Al₂O₃/SiO₂ besteht.

3. Wärmedämmsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämmstoffkorpus (11) aus einer Mischung von mikroporösem Siliziumdioxid, keramischen Fasern und Trübmittel geformt ist.

4. Wärmedämmsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Rohrelemente Stoßstellen (S) bilden, an denen sie steckbar miteinander verbindbar sind.

5. Wärmedämmsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Rohrelemente (2, 3, 4, 5, 6, 7) an ihren die Stoßstellen (S) bildenden Enden an einem Ende als Steckerteil und am anderen Ende als Buchsenteil ausgebildet sind.

6. Wärmedämmsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Rohrelemente (2 bis 7) an ihren die Stoßstellen (S) bildenden Enden gleich ausgebildet sind und daß Zwischenringe (24) vorgesehen sind, über die die aufeinander zu weisenden Enden aufsteckbar sind.

7. Wärmedämmsystem nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Rohrelemente (2′, 3′, 4′) miteinander verschweißt sind.

8. Wärmedämmsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Verlauf einer von miteinander verbundenen Rohrelementen (2′, 3′, 4′) gebildeten Leitungsrohre Spannungs- und Dehnungsausgleichselemente (30) vorgesehen sind.

9. Wärmedämmsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Spannungs- und Dehnungsausgleichselemente Metallbälge (30) vorgesehen sind.

10. Wärmedämmsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallbälge mit Wärmedämmaterial (11′) in der Form eines in Rasterform versteppten, keramischen Faservlieses ummantelt sind.

11. Wärmedämmsystem nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenauskleidung (10) im Tiefziehverfahren hergestellte Metallteile aus hochwarmfesten Edelstählen wie Inconel, Nimonik besteht.

12. Wärmedämmsystem nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämmkorpus mit einer Außenhaut (12, 21) ummantelt ist.

13. Wärmedämmsystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenhaut (12) aus einem hochwarmfesten Edelstahl, insbesondere Inconelstahl, besteht.

14. Wärmedämmsystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenhaut (21) aus einer Fasermasse (Keramikfaser-Coating) besteht, die zum Zusammenkleben des Dämmkorpus (11) auf diesem aufgetragen wird.

15. Rohrelement zur Führung von heißen Gasen an Brennkraftmaschinen bestehend aus einer Innenauskleidung (10) aus einem hochwarmfesten Edelstahl und einem darauf angeordneten Dämmstoffkorpus (11) aus einem keramische Hochtemperaturfasern umfassenden Material.

16. Rohrelement nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämmstoffkorpus aus keramischen Hochtemperaturfasern des Systems Al₂O₃/SiO₂ besteht.

17. Rohrelement nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämmstoffkorpus (11) aus einer Mischung von mikroporösem Siliziumdioxid, keramischen Fasern und Trübmittel geformt ist.

18. Rohrelement nach wenigstens einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämmstoffkorpus mit einer Außenhaut (12, 21) umgeben ist.

19. Rohrelement nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenhaut aus einer Fasermasse (Keramikfaser-Coating) besteht, die zum Zusammenkleben des Dämmstoffkorpus (11) auf diesem aufgetragen wird.