DE3837254A1

DE3837254A1 - Leichtmetall-einlage fuer die bildung einer dehnfuge in aus leichtmetallguss gebildeten brennraumwaenden von brennkraftmaschinen, insbesondere zylinderkopfboden von diesel-brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE3837254A1
Application number: DE19883837254
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr Eigenfeld
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1988-11-03
Filing date: 1988-11-03
Publication date: 1990-05-10

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Leichtmetall-Einlage gemäß den gattungsbildenden Merkmalen des Patentanspru ches 1.

In Brennraumwänden in Bereichen hoher Temperatur ange ordnete Dehnfugen ermöglichen als beabsichtigte Risse eine größere Wärmedehnung des Brennraumwand-Materials, wodurch ein übermäßiges Stauchen mit nachteiliger Rißbildung bei nachfolgendem, raschem Abkühlen der Brennraumwand vermieden wird. Zur Bildung der Dehnfugen werden bekanntlich in der Brennraumwand eingegossene Einlagen verwendet, wobei Maßnahmen getroffen sind, daß diese Einlagen beim Gießen mit dem Gießmaterial keine metallische Verbindung eingehen. So ist es beispiels weise aus der DE-OS 35 24 776 für eine Einlage aus einem dem Gießmaterial der Brennraumwand verwandten Werkstoff bekannt, diese Einlage an ihrer gesamten Oberfläche mit einer Trennschicht zu versehen, die eine metallische Verbindung unterbindet.

Jede über ihre gesamte Oberfläche in der Brennraumwand bindungsfrei angeordnete Einlage kann jedoch als Aus gangspunkt für Risse in der Brennraumwand wirken, wobei die Brennraumwand durchsetzende Risse besonders nach teilig sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungs gemäße Leichtmetall-Einlage derart auszubilden, daß von der Dehnfuge ausgehende, die Brennraumwand durchsetzende Risse mit Sicherheit vermieden sind.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches gelöst.

Mit der Erfindung ist eine in der Brennraumwand einge gossene Leichtmetall-Einlage erzielt, die lediglich in vorbestimmten Bereichen bindungsfrei in der Brennraum wand angeordnet ist und in den übrigen Bereichen beim Gießen der Brennraumwand in eine metallische Verbindung tritt. Nach der Erfindung stehen die brennraumfernen Bereiche der Einlage mit der Brennraumwand in metalli scher Verbindung, wodurch die Gefahr einer schädlichen Rißbildung in brennraumfernen Teilen der Brennraumwand vorteilhaft reduziert ist. Um weiter in der Leicht metall-Einlage selbst eine von der Dehnfuge ausgehende Rißbildung zu vermeiden, weist die Einlage ein gegenüber dem Material der Brennraumwand höhere Festigkeit, insbesondere höhere Temperaturfestigkeit auf. Mit der höheren Festigkeit und der bis an den Übergang des quergerichteten Teiles der Einlage in den Radius rei chenden metallischen Verbindung können am Grund der Dehnfuge im Anschlußbereich des Radiuses mit dem quer gerichteten Teil entstehende Risse vorteilhafterweise lediglich quer zur Stärke der Brennraumwand sich aus bilden. Weitere in der Brennraumwand von anderen Stellen der Dehnfuge ausgehende, die Brennraumwand durchsetzende Risse sind durch den quergerichteten und überwiegend mit der Brennraumwand metallisch verbundenen Teil der aus höherwertigem Werkstoff gebildeten Einlage vorteilhaft vermieden.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Leichtmetall-Einlage ist im Anspruch 2 beschrieben, wobei mit dem zum Brenn raum gewandten Steg einer im Querschnitt etwa T-förmigen Einlage zwei relativ entfernt benachbarte Dehnfugen im Zylinderkopfboden in ihren Abstands- und Längen-Maßen sowie ihrem Verlauf über entsprechend gestaltete, Trennschichten tragende Längsseiten des Steges bestimmt sind. Damit lassen sich relativ groß beabstandete Dehnfugen durch eine einzige Leichtmetall-Einlage ausbilden, wobei mit einer solchen Einlage in einem hochbelasteten Bereich der Brennraumwand in weiterer vorteilhafter Weise zugleich ein Werkstoff höherer Festigkeit zum Einsatz gelangt. Hierbei kann insbeson dere bei einem großflächig ausgebildeten Kopfteil des T-Querschnittes der Leichtmetall-Einlage in gewisser Weise ein Schutzschild gegen die Brennraumwand durch setzende Risse ausgebildet werden.

Anspruch 3 beschreibt ein für die Ausbildung relativ entfernter Dehnfugen dienende Leichtmetall-Einlage als ein Formteil, das auf unterschiedliche Weise kosten günstig hergestellt werden kann. Eine bevorzugte Ver wendung des Leichtmetall-Einlage-Formteiles ist im Anspruch 4 angegeben mit der Anordnung zwischen Ventil öffnungen im Stegbereich eines Zylinderkopfbodens, inbesondere einer Diesel-Brennkraftmaschine. Anspruch 5 beinhaltet eine nicht abschließende Aufzählung von Herstellungsarten für die Trennschicht, während An spruch 6 Angaben zum Werkstoff der Leichtmetall-Einlage enthält.

Die Erfindung ist anhand eines in der einzigen Figur der Zeichnung perspektivisch und teilweise im Schnitt dargestellten Beispiels beschrieben.

Ein ausschnittsweise dargestellter Zylinderkopfboden 1 einer nicht gezeigten Diesel-Brennkraftmaschine umfaßt beabstandet angeordnete Ventilöffnungen 2 und 3 für Ein- und Auslaß. Der aus Leichtmetallguß gebildete Zylinderkopfboden 1 weist in dem besonders gefährdeten Stegbereich 4 zwischen den beabstandeten Ventilöffnun gen 2 und 3 Dehnfugen 5 auf. Die Dehnfugen sind relativ groß beabstandet und leicht bogenförmig. Beide Dehnfu gen 5 werden mittels einer einzigen Einlage 6 im Zylin derkopfboden 1 gebildet.

Die aus Leichtmetall gebildete Einlage 6 weist einen T-förmigen Querschnitt auf mit einem im brennraumfernen Wandbereich des Zylinderkopfbodens 1 angeordneten Kopfteil 7 und einem an der Brennraumoberfläche 8 endenden Steg 9. Der zum Steg 9 quergerichtete Kopf teil 7 steht mit jeder Längsseite 10 des Steges 9 jeweils über einen Radius 11 in Verbindung. Die ent sprechend den Abstands- und Längen-Maßen sowie dem Verlauf der Dehnfugen 5 gestalteten Längsseiten 10 des Steges 9 sind jeweils mit einer Trennschicht 12 ver sehen. Jede Trennschicht 12 erstreckt sich an der jeweiligen Längsseite 10 von der Brennraumoberfläche 8 aus bis etwa in den Anschlußbereich des Radiuses 11 mit dem quergerichteten Teil bzw. Kopfteil 7. Die mittels elektrolytischer Oberflächenbehandlung, z.B. anodische Oxidation oder durch festhaftend aufgebrachten Material auftrag, wie z.B. Flamm- oder Plasma-Spritzen gebildeten Trennschichten 12 verhindern beim Gießen des Zylinder kopfbodens 1 eine metallische Verbindung des Gußma terials mit der Leichtmetall-Einlage 6 und bewirken somit die Ausbildung der Dehnfugen 5. Die Erstreckung der jeweiligen Trennschicht 12 und damit auch der jeweiligen Dehnfuge 5 in die Tiefe des Zylinderkopfbo dens 1 bis in den Anschlußbereich des Radiuses 11 mit dem Kopfteil 7 ist durch eine stark ausgezogene Linie verdeutlicht. An diese schließt sich eine die ursprüng liche Gestalt des Kopfteiles 7 aufzeigende strichpunk tierte Linie an. Mit dieser strichpunktierten Linie ist der trennschichtfreie Bereich der Leichtmetall-Einlage 6 angedeutet, der beim Gießen des Zylinderkopfbodens 1 eine metallische Verbindung eingeht.

Die Leichtmetall-Einlage 6 ist somit lediglich in den zur Ausbildung der Dehnfugen 5 vorgesehenen Bereichen bindungsfrei in dem aus Leichtmetallguß gebildeten Zylinderkopfboden 1 angeordnet, während sie im übrigen, für die Ausbildung der Dehnfugen nicht notwendigen Bereich mit dem Zylinderkopfboden in metallischer Verbindung steht. Damit ist eine von den Dehnfugen 5 ausgehende und durch hohe Temperaturbelastungen verur sachte Rißbildung erheblich reduziert. Um eine Rißbil dung in der Leichtmetall-Einlage 6 selbst zu vermeiden, weist die Einlage 6 gegenüber dem Gußmaterial des Zylinderkopfbodens 1 eine höhere Warmfestigkeit auf. Durch die erhöhte Warmfestigkeit der Einlage 6 sind vom Grund der Dehnfuge 5 ausgehende Risse quer durch das Kopfteil 7 sicher zu vermeiden. Auch andere von der Dehnfuge den Zylinderkopfboden 1 durchsetzende Risse werden durch das Kopfteil 7 gestoppt. Im übrigen werden im Bereich der Einlage 6 im Zylinderkopfboden 1 ent stehende Risse durch das Kopfteil 7 im wesentlichen in eine zur Brennraumoberfläche 8 gleichgerichtete Richtung umgelenkt.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich, ist die Leicht metall-Einlage 6 ein Formteil, das als Guß-, Schmiede-, Strang- oder Sinter-Stück ausgebildet sein kann. In Abstimmung auf eines der vorgenannten Herstellverfahren kann die Einlage 6 aus einem Leichtmetall gebildet sein, das gegenüber dem Leichtmetallguß des Zylinderkopfbo dens 1 höher legiert und/oder faserverstärkt ist.

Claims

1. Leichtmetall-Einlage für die Bildung einer Dehnfuge in aus Leichtmetallguß gebildeten Brennraumwänden von Brennkraftmaschinen, insbesondere Zylinderkopf boden von Diesel-Brennkraftmaschinen,

- die sich von der Brennraumoberfläche (8) aus in die Brennraumwand (1) erstreckt und
- im brennraumfernen Endbereich einen über einen Radius (11) verbundenen, quergerichteten Teil (Kopfteil 7) aufweist, und
- wobei die Oberfläche mit einer Trennschicht (12) für einen bindungsfreien Einguß in die Brennraum wand (1) versehen ist,
dadurch gekennzeichnet,
- daß die Einlage (6) lediglich mit einer von der Brennraumoberfläche (8) bis etwa in den Anschluß bereich des Radiuses (11) mit dem quergerichteten Teil (Kopfteil 7) sich erstreckenden Trenn schicht (12) versehen ist, und
- im übrigen trennschichtfreien Bereich in metalli scher Verbindung mit der Brennraumwand (1) steht, wobei
- die Einlage (6) gegenüber dem Gießmaterial der Brennraumwand (1) eine höhere (Warm-)Festigkeit aufweist.

2. Leichtmetall-Einlage nach Anspruch 1, für zwei in der Brennraumwand (1) relativ groß beabstandete Dehnfugen (5) von vorbestimmter Länge und Gestalt,

- gekennzeichnet durch eine im Querschnitt T-förmige, einzige Einlage (6) mit im brennraumfernen Wandbe reich angeordnetem Kopfteil (7) und an der Brenn raumoberfläche (8) endendem Steg (9),
- dessen mit Trennschichten (12) versehene Längs seiten (10) entsprechend den Maßen und dem Verlauf der Dehnfugen (5) gestaltet sind.

3. Leichtmetall-Einlage nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch ein als Guß-, Schmiede-, Strang- oder Sinter-Stück gestaltetes Formteil.

4. Leichtmetall-Einlage nach den Ansprüchen 1-3, gekennzeichnet durch ein zwischen Ventilöff nungen (2, 3) im Stegbereich (4) des Zylinderkopf bodens (1) angeordnetes Formteil für zwei beabstan dete Dehnfugen (5).

5. Leichtmetall-Einlage nach den Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennschichten (12) mittels elektrolytischer Oberflächenbehandlung (anodische Oxidation) oder durch festhaftend aufgebrachten Materialauftrag (Flamm-, Plasma- Spritzen) gebildet sind.

6. Leichtmetall-Einlage nach den Ansprüchen 1-5, gekennzeichnet durch ein gegenüber dem Gießmaterial der Brennraumwand (1) höher legiertes und/oder faserverstärktes Leichtmetall.