DE2163717C3

DE2163717C3 - Verfahren zur Herstellung eines Metallrohres mit wärmeisolierender Auskleidung

Info

Publication number: DE2163717C3
Application number: DE19712163717
Authority: DE
Inventors: Yoshihiro Hibino; Yasuhisa Kaneko; Yoshiro Komiyama
Original assignee: Toyota Jidosha Kogyo KK
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1970-12-27
Filing date: 1971-12-22
Publication date: 1974-09-19
Also published as: FR2123281A1; AU456352B2; DE2163717B2; DE2163717A1; AU3705371A; CA956432A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung nen Metall zu einem VerbundguBstück mit doppelwaneines Metallrohres nvt wärmeisolierender Auskleidung diger Struktur verbunden wird. Auf diese Weise bleibt durch Umgießen eines Hohlkerns aus nichtmetall!- " die Umhüllung auch nach Entfernung des Gießkerns schem Material. mit dem umgossenen Metall dauerhaft verbunden, was

Derartige Verfahren sind bekannt (deutsche Aus- bei dem vorbekannten Verfahren weder vorgesehen legeschrift 1 132 295). Bei diesen bekannten Gießver- noch erwünscht war. Mit Hilfe dieses Verfahrens könfahren wird dabei das zunächst im Zuge eines Ver- nen hochgradig wärmeisolierende Metallrohre hergefahrensschrittes entstehende Verbundgußstück mit a₅ stellt werden, die ferner äußerst komplizierte Profile doppelwandiger Struktur zur Herstellung genau ge- und dünne Wände aufweisen können. Sie sind auch gossener Hohlräume in Gußstücken und Aluminium- dann äußerst bruchfest, wenn sich unter HiUeeinwir- und Magnesiumlegierungen mit besonders dünnen und kung wegen der unterschiedlichen Expansionskoeffiverwickelten Kernfomen verwendet. Das nichtmetall)- zienten mechanische Belastungen ergeben. Dies ist die sehe hitzebeständige Material, das bei diesem bekann- 30 Folge einer gewissen Flexibilität der erzielten Wärmeten Verfahren durch Borosilika'glas gebildet wird, dient auskleidung.

dabei einerseits der Erzielung d-.r mit Giaskernen er- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im fol-

reichbaren glatten Oberfläche des Gußstückes sowie genden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beferner zur Ausschaltung der Ungenauigkeiten der schrieben. Es stellt dar

Kerne beim Vergießen, welche bei Abstützung dünner 35 F i g. 1 einen Querschnitt durch den verwendeten verwickelt geformter Kerne durch Stahldrähte auf- Hohlkern,

treten, sowie um die Unempfindlichkeit dieses bestimm- F i g. 2 einen Querschnitt entlang der Linie 2-2 in

ten Materials wegen seiner geringen Wärmeleitfähig- Fig. 1,

keiten bei plötzlich auftretenden Temperaturschwan- F i g. 3 einen Querschnitt durch ein erfindungsge-

kungen während des Gußvorganges selbst auszunutzen. 40 maß hergestelltes Metallrohr (mit noch nicht entfernter Es handelt sie also dabei um die besondere Ausbildung Gießform).

des Gießkernes, der nach Beendigung des Gießvorgan- Es werden zunächst Hohlkerne 1 hergestellt; es han-

ges in einem weiteren, sich daran anschließenden Ver- delt sich dabei um Hohlkerne im oben erläuterten fahrensschritt mittels Durchlesen einer Säure durch das Sinne, die jedoch nicht — wie bei dem eingangs erörter-Gußstück wieder aus diesem entfernt wird. 45 ten Stand der Technik — als eigentliche Kerne im

Andere Arten von nach dem Gießen wieder aus der Sinne eines konventionellen Gießverfahrens anzusehen Gußform entfernten Gießkernen, unter anderem söge- sind und nach Abschluß des Gießvorganges entfernt nannter Hohlkerne, sind ebenfalls bekannt (deutsche werden. Um diese Unterscheidung klarzustellen, werden Patentschrift 363 383). sie im folgenden als Hohlkörper bezeichnet. Diese rohr-

Die Erfindung betrifft im Gegensatz dazu jedoch die 50 förmigcn Hohlkörper 1 bestehen aus wärmebeständi-Herstellung eines Metallrohres, das in dem seiner end- gem Material und werden zunächst auf die gewünschgültigen Verwendung zugeführten Zustand eine wärme- ten Dimensionen zurechtgeschnitten. Sie werden dann isolierende Auskleidung aufweist und aus diesem in der gewünschten Position in eine Gießkastenform Grunde insbesondere für Abgassammelleitungen, Aus- eingesetzt. Es wird dann geschmolzenes Materia! in die puffsammelrohre oder Auspuffkrümmer von Verbren- 55 Form eingegossen, so daß es diese Hohlkörper umnungsmotoren geeignet ist. Sofern es sich dabei um gießt und sich mit ihm zu einem doppelwandigen Verröhrenförmige Gußteile handelt, ist bereits bekanntge- bundgußstück verbindet.

worden, diese Teile mit Wärmeisolatoren zu umwickeln Je nach den Bedürfnissen des Gießverfahrens kann

oder auch solche Wärmeisolatoren innerhalb der der in dem Hohlkörper 1 vorhandene innere Hohlraum röhrenförmigen Teile selbst anzuordnen. Die dabei 60 mit Silikasand gefüllt werden, der mit einem Bindemitbis jetzt angewendeten Materialien und Verfahren wei- tel aus Wasserglas, Phenolharz usw. vermischt ist, so sen jedoch nicht die gewünschten mechanischen Eigen- daß der Hohlkörper 1 unter dem Druck des geschmolschaften auf, so daß die derart hergestellten Metall- zenen Metalls nicht zerdrückt wird. Der Hohlkörper 1 rohre insbesondere dann nicht verwendbar sind, wenn ist aus wärmebeständigem Material, das im folgenden die damit hergestellten Teile starker Vibration oder 65 noch beschrieben werden wird, gebildet, so daß sich auf Schlagbeanspruchung unterliegen; die Herstellung diese Weise ein Metallrohr mit wärmeisolieiender Auskomplizierter Profile ist äußerst schwierig, wenn nicht kleidung in Gestalt dieses Hohlkörpers ergibt,
sogar völlig unmöglich, weil der beim nachträglichen Man kann den Hohlkörper 1, wenn ein Gießkern

(im herkämmlichen Sinne) mit bestimmten Dimensionen vorliegt, auch dadurch bilden, daß man auf diesen Gießkern eine Mischung von Siliziumdioxid, Aluminiumoxid und Tonerdezement aufbringt. Dieser derart überzogene Gießkern wird dann in eine (nicht gezeigte) Gießform eingesetzt; danach findet der eigentliche Gießvorgang statt, d. h. das Umgießen des mit dem Überzug versehenen Gießkernes in einer Metallschmelze. Auf diese Weise wird der auf dem Gießkern aufgetragene Überzug fest mit der durch die Metallschmelze gebildeten Gußumhüllung verbunden. Der ursprünglich auf den eigentlichen Gießkern aufgetragene Überzug bildet dann den Hohlkörper 1.

Beispiel 1

Es wurde ein Hohlkörper 1 verwendet, der im (Gewichts-) Mischungsverhältnis von 3 : 1 aus grobkörnigem Silikasand (Durchmesser: 0,1 bis 1,5 mm) mit einem Gehalt an Siliziumdioxid (SiO₂) son mehr als 98% und Tonerde/ement hergestellt war. Seine Maße waren: Innendurchmesser 3: 30 mm; Außendurchmesser 4: 38 mm; Wandstärke 5: 4 mm: Länge 7: 100 ram. Der Hohlkörper 1 wurde in eine (nicht gezeigte) Gießform in einer bestimmten Lage eingesetzt. Dann wurde er mit einer Kugelgraphit-Gußeisenschmelze mit einer Temperatur von 1400 C umgössen die 3,8°_n C, 2,8%, Si, 0,3",, Mn, 0,05",, P, 0,01",, S und 0,04% Mg und den Rest Fe enthielt und auf diese Weise eine mit dem Hohlkörper 1 nach der EriUirrung fest verbundene Gußumhüllung 2 bildete. So entstand das mit einer durch den Hohlkörper 1 gebildeten wärmeisolierenden Auskleidung versehene Metallrohr mit einem Außendurchmesser 6 von 46 mm und einer Wandstärke (der Gußumhüllung 2) von 4 mm. Um den Hohlkörper 1 während des Gießvorganges gegen Zerstörung zu schützen, war sein innerer Hohlraum mit Silika»and, dem Wasserglas beigemischt war, gefüllt.

Beispiel 2

Der Hohlkörper 1 wurde dadurch gebildet, daß er aus einer Mischung im Gewichtsverhältnis von 3 : 1 aus grobkörnigem Silikasand (Korndurchmesser von 0,1 bis 1,5 mm; Gehalt an Siliziumdioxid von mehr als 98%) und Tonerdezement hergestellt war. Die Maße waren: Innendurchmesser 3: 30 mm; Außendurchmesser 4: 38 mm; Wandstärke 5: 4 mm; Länge 7: 100 mm. Der Hohlkörper 1 wurde in eine Gußform eingesetzt. Es wurde dann eine Aluminiumlegierungsschmelze mit einer Temperatur von 720°C, die 3,5% Cu, 9,5%, Si und 0,5% Mg enthielt, verwendet und auf diese Weise: eine Gußumhüllung 2 geschaffen. Man erhielt ein Metallrohr 10, dessen wärmeisolierende Auskleidung durch den Hohlkörper 1 gebildet wurde. Der äußere Durchmesser 6 war 46 mm, die Wandstärke 8 war 4 mm. Um den Hohlkörper 1 während des Gußvorganges gegen mechanische Zerstörung zu sichern, war sein innerer Hohlkörper mit Silikasand 9 unter Beimengung von Wasserglas gefüllt worden.

Beispiel 3

Der Hohlkörper 1 wurde aus hochwertigem Aluminiumoxid mit einem Gehalt von A!₂O_;) von über 95 % hergestellt. Die Restbestandteile waren unvermeidbare Verunreinigungen. Die Abmessungen waren folgende: Innendurchmesser 3; 30 mm, Außendurchmesser 4: 38 mm, Wandstärke 5: 4 mm, Länge 7: 100 mm. Es wurde eine Gußeisenschmelze mit einer Temperatur von 1400⁰C und der Zusammensetzung von 3,3% C, 2,0 % Si, 0,7 % Mn, 0,05 % P, 0,07 % S und dem Rest Fe verwendet. Man erhielt ein Metallrohr 10 mit einem Außendurchmesser 6 von 46 mm und einen Durchmesser 8 der Gußumhüllung 2 von 4 mm. Der Hohlraum

to des Hohlkörpers wurde ebenfalls wieder mit Silikasand, mit Wasserglas vermischt, gefüllt. Die nachfolgende Tabelle zeigt den Unterschied der Wärmeleitungseigenschaften zwischen den Metallrohren nach den Ausführungsbeispielen und Metallrohren ohne wärmeisolierende Auskleidungen.

	Getestete	Stücke
	(Verbundguß
₂₀ Testbedingungen	stücke) W-. 'allrohre mit Aust'eidung	Melallrohre herkömmlicher Art
	durch
	Hohkörper 1
25 Außendurchmesser	46 mm	46 mm
Innendurchmesser	30 mm	30 mm
Stärke des Hohl
körpers 1	4 mm	0 mm
Stärke der Guß-
30 umhüllung 2 ....	4 mm	8 mm
Temperatur im Rohr	SOO C	800°C
Länge des Rohres	100mm	100 mm
Temperatur an eier
äußeren Ober-
35 fläche des Rohres
der Gußumhül-
lung	350 C	500 C
Wärmeisolierung .. .	450C	300" C
Gußmaterial	Gußeisen	Gußeisen

Das gemäß dem geschilderten Verfahren hergestellte Metallrohr weist die mechanischen Nachteile, die bei den seither bekannten mit einer wärmeisolierenden Auskleidung versehenen Metallrohren auftreten, nicht auf. Das gilt insbesondere im Falle gekrümmter oder komplexer Profile. Die Wärmeisolation, die durch den Hohlkörper gegeben wird, ist außerordentlich hoch und hat gute Dauerfesligkeitseigenschaften unter Schlagbeanspruchung. Die bei den bekannten Verfahren zur Herstellung mit wärmeisolierenden Material ausgekleideten Metallrohren bestehenden Nachteile durch das Einwickeln 'ler Rohre in Wärmeisolatorcii oder durch das Einsetzen isolierender Rohrbestandteile in das fertige Metallrohr werden vermieden. Es ist außerdem auf diese Art und Weise möglich, Metall! öhre mit sehr dünner Auskleidung aus wärmeisolierendem Material herzustellen. Das war seither wegen der Gefahr des Bruches solcher Auskleidungen und der Gefahr einer schlechten Zirkulation der verwendeten Metallschmelze nicht möglich. Das Materiel des Hohlkörpers 1 verträgt auch die Belastungen, die infolge unterschiedlicher Hxpansionskoeffizienten des Hohlkörpers und der Gußumhüllung unter Hitzebelastung auftreten können, da es eine für diesen Zweck ausreichende Flexibilität aufweist. Daher besteh! auch keine Gefahr des Bruches des Hohlkörpers.

Hierzu 1 Blatt Zeichnuneen

Claims

Einbringen einer wärmeisolierenden Struktur in ein

Patentanspruch: Metallrohr gegebene Spalt zwischen dem Wärmeisale-

^p tor und dem Oußteil (8) ein auf diese Weise awsgeklei·

Verfahren zur Herstellung eines Metallrohr? mit detes Metallrohr anfällig für Schlagbeanspruchungen wärmeisoHerender Auskleidung durch Umgießen 5 macht. crK„A„„„ „·„ \/

eines Hohlkerns aus nichtmetallischem Material. Demgemäß ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verdadurch gekennzeichnet, daß der fahren zur Herstellungemes Metallrohr« m,t warme-Hohlkern (I) aus hitzebeständingem Material, das isolierender Auskleidung zu schaffen, die Bestandteil aus einer Mischung aus Siliziumoxid, Aluminium- des Metallrohres bei se.ner endgültigen Verwendung oxid und Tonerdezement besteht, hergestellt und io bleibt und bei dem die vorerwähnten Nachteile hinmit dem umgossenen Metal« (2) zu einem Verbund- sichtlich der Erzeugung verschiedener Profile und Forgußstück (10) mit doppelwandiger Struktur verbun- men sowie bei Schlagbeanspruchung und Vibrationen den wird ausgeschaltet sind.

Frfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der

i₅ Hohlkern aus hitzebeständigem Material, das aus einer

Mischung aus Siliziumoxid, Aluminiumoxid und Tonerdezement besteht, hergestellt und mit dem umgosse-