DE3843661A1 - Teile fuer einen verbrennungsmotor, wie kolben und zylinderkopf und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

Teile fuer einen verbrennungsmotor, wie kolben und zylinderkopf und verfahren zu ihrer herstellung

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Teile für einen Ver­ brennungsmotor, wie Kolben und Zylinderköpfe und Ver­ fahren zu ihrer Herstellung.
Es ist allgemein üblich, Feststoffkeramiken, wie Silicium­ nitrid, Zirkonerde, Mullit und Aluminiumtitanat als Wärme­ isolator für Teile von Verbrennungsmotoren, wie Kolben und Zylinderköpfe zu verwenden. Ein Problem dabei ist, daß selbst dann, wenn diese Keramiken ausreichend hohe Festig­ keit aufweisen, sie dazu neigen, die Volumeneffizienz des Motors durch ihre hohe thermische Leitfähigkeit zu ver­ mindern.
Was andererseits keramische Materialien mit geringer Wärme­ leitfähigkeit betrifft, sind geschäumte Keramiken und La­ minate aus keramischen Fasern verfügbar. Da ihre Festig­ keit nicht mehr als einige zehn kp/cm2 beträgt, können sie nicht den bei der Kraftstoffverbrennung erzeugten Ver­ brennungsdrücken standhalten.
Danach schien es, als ob wärmeisolierende Verbundstoffe aus anorganischen Fasern und/oder Hohlteilchen mit einem Beschichtungsmaterial, hergestellt aus einem Metallalkoxid als Bindemittel, diese Nachteile korrigiert hätte, aber ein Mangel an diesen Materialien ist, daß sie eine lange Trocknungszeit vor dem Brennprozeß benötigen.
Die Erfindung soll diese Schwierigkeiten, die sich mit den herkömmlichen Materialien und Herstellungsverfahren er­ geben, überwinden, wobei zunächst Teile für einen Ver­ brennungsmotor, wie Kolben und Zylinderköpfe, die nicht nur fest genug sind, den Verbrennungsdrücken zu widerstehen, sondern auch eine niedrige Wärmeleitfähigkeit zur Reali­ sierung einer hohen Volumeneffizienz haben, zur Verfügung gestellt werden.
Weiterhin soll ein Verfahren zur Herstellung dieser Teile, bei dem die Trocknungszeit vor dem Brennen verkürzt ist, zur Verfügung gestellt werden.
Ein anorganisches Beschichtungsmaterial, hergestellt haupt­ sächlich aus Siliciumdioxid und Titanoxid (z.B. "Glasca E 1101" von Nippon Gosei Gomu Kabushiki Kaisha (Japan Synthetic Rubber Co., Ltd.)) wurde zu 15 Gew.-teilen Kaliumtitanatfasern, 20 Gew.-teilen Siliciumnitridwhiskern und 5 Gew.-teilen Glaskügelchen (nämlich Hohlteilchen aus Glas) bezogen auf 100 Gew.-teile der festen Komponenten des anorganischen Beschichtungsmaterials gegeben. Das Ganze wurde gut in einer Knetmaschine vermischt. Danach wurden 0,8 Gew.-% Kalziumoxid, bezogen auf das Gemisch, zugegeben und das erhaltene Gemisch wurde unter Druck in eine geschlossene Form gewünschter Gestalt eingegossen.
Als diese Ausschlämmung drei Stunden nach dem Eingießen an­ fing auszuhärten, wurde der Kern entfernt, ein Verschluß­ deckel wurde darüber gesetzt, um den Gegenstand völlig ein­ zuschließen, und er wurde zum Trocknen stehengelassen. Hier­ bei ist ein völliges Einschließen wichtig, weil anderen­ falls eine Deformation oder sogar ein Reißen des Gegenstands auftreten kann, da sich die Trocknungsbedingungen zwischen einem Teil, das direkt der Atmosphäre ausgesetzt ist und einem Teil, bei dem dies nicht der Fall ist, unterschei­ den.
Die Trocknung des völlig eingeschlossenen Gegenstandes wurde mehr als 12 Stunden fortgesetzt, dann wurde der Gegenstand bei 1100°C 30 Minuten lang gebrannt, wobei als Produkt ein Wärmeisolator, dessen Wärmeleitfähigkeit 1,5 kcal/m×h×°C und die Druckfestigkeit mehr als 560 kp/cm2 betrug, erhalten wurde.
Es wurde festgestellt, daß der Zusatz von Kaliumtitanat­ fasern und Siliciumnitridwhiskern in einer Menge von weniger als 5 bzw. 10 Gew.-teilen, bezogen auf 100 Gew.-teile der Feststoffkomponenten des anorganischen Beschichtungs­ materials, nur unbefriedigende Wärmeleitfähigkeit ergibt, während der Zusatz von ihnen in Mengen von mehr als 40 bzw. mehr als 50 Gew.-teilen unzureichende Festigkeit er­ gibt. Der Zusatz von mehr als 15 Gew.-teilen Glaskügelchen hat ähnliche Mängel zur Folge.
Die meisten anorganischen Beschichtungsmaterialien, die kommerziell verfügbar sind, können in der vorliegenden Erfindung verwendet werden.

Claims (4)

1. Teile für einen Verbrennungsmotor, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sie dadurch hergestellt worden sind, daß man ein anorganisches Beschichtungsma­ terial mit den folgenden Substanzen  5 bis 40 Gew.-teilen Kaliumtitanatfasern;
10 bis 50 Gew.-teilen Siliciumnitridwhiskern; und
 0 bis 15 Gew.-teilen Glaskügelchen,bezogen auf 100 Gew.-teile der festen Komponenten des an­ organischen Beschichtungsmaterials, vermischt, Kalziumoxid (CaO) in einer Menge von 1 bis 10 Gew.-% be­ zogen auf das Gesamtgewicht der Kaliumtitanatfasern, Si­ liciumnitridwhiskern und Glaskügelchen zusetzt und das so hergestellte Gemisch trocknet und brennt.
2. Teile für einen Verbrennungsmotor, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sie dadurch hergestellt worden sind, daß man ein anorganisches Beschichtungsma­ terial mit den folgenden Substanzen 5 bis 40 Gew.-teilen Kaliumtitanatfasern;
0 bis 15 Gew.-teilen Glaskügelchen,bezogen auf 100 Gew.-teile der festen Komponenten des an­ organischen Beschichtungsmaterials, vermischt, Kalziumoxid (CaO) in einer Menge von 1 bis 10 Gew.-% be­ zogen auf das Gesamtgewicht der Kaliumtitanatfasern, Si­ liciumnitridwhiskern und Glaskügelchen zusetzt und das so hergestellte Gemisch trocknet und brennt.
3. Verfahren zur Herstellung eines Teils für einen Ver­ brennungsmotor, gekennzeichnet durch die Stufen:
Verkneten eines anorganischen Beschichtungsmaterials mit 5 bis 40 Gew.-teilen Kaliumtitanatfasern, 10 bis 50 Gew.-teilen Siliciumnitridwhiskern und 0 bis 15 Gew.­ teilen Glaskügelchen, bezogen auf 100 Gew.-teile der festen Komponenten des anorganischen Beschichtungsmaterials, um ein primäres Gemisch herzustellen;
Zugeben von Kalziumoxid (CaO) in einer Gewichtsmenge von 1 bis 10 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht des primären Gemisches und Verkneten damit, um ein sekundäres Gemisch herzustellen;
Eingießen des sekundären Gemisches unter Druck in eine geschlossene Form vorbestimmter Form;
Trocknen des sekundären Gemisches über eine vorbe­ stimmte Zeitspanne, vollständig eingeschlossen, um einen getrockneten Gegenstand herzustellen;
Entfernen des getrockneten Gegenstands aus der Form; und
Brennen des getrockneten Gegenstands, um ein Teil für einen Verbrennungsmotor herzustellen.
4. Verfahren zur Herstellung eines Teils für einen Ver­ brennungsmotor, gekennzeichnet durch die Stufen:
Verkneten eines anorganischen Beschichtungsmaterials mit 5 bis 40 Gew.-teilen Kaliumtitanatfasern und 0 bis 15 Gew.-teilen Glaskügelchen, bezogen auf 100 Gew.-teile der festen Komponenten des anorganischen Beschichtungs­ materials, um ein primäres Gemisch herzustellen;
Zugeben von Kalziumoxid (CaO) in einer Gewichtsmenge von 1 bis 10 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht des primären Gemisches und Verkneten damit, um ein sekundäres Gemisch herzustellen;
Eingießen des sekundären Gemisches unter Druck in eine geschlossene Form vorbestimmter Gestalt;
Trocknen des sekundären Gemisches über eine vorbestimmte Zeitspanne, vollständig eingeschlossen, um einen getrockne­ ten Gegenstand herzustellen;
Entfernen des getrockneten Gegenstands aus der Form; und
Brennen des getrockneten Gegenstands, um ein Teil für einen Verbrennungsmotor herzustellen.
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