DE3506069A1

DE3506069A1 - Maschinenteil fuer eine brennkraftmaschine und verfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number: DE3506069A1
Application number: DE19853506069
Authority: DE
Inventors: Minoru Nagoya Matsui; Nobuo Kasugai Tsuno
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1984-02-28
Filing date: 1985-02-21
Publication date: 1985-09-12
Also published as: JPS60180969A; JPH0518779B2; DE3506069C2; US4667627A

Description

HOFFMANN · EITLE & PARTNER " *"

PATENT- UND RECHTSANWÄLTE 3506069

PATENTANWÄLTE DIPL.-INQ. W. EITLE · DR. RER. NAT. K. HOFFMANN · DIPL.-ΙΝβ. W. LEHN

DIPL.-ING. K. FUCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN · DR. RER. NAT. H -A. BRAUNS · DIPL.-ING. K. GORQ

DIPL.-ΙΝΘ. K. KOHLMANN · RECHTSANWALT A. NETTE

•4-

NGK Insulators, Ltd. 41 593

Nagoya City / Japan

Maschinenteil für eine Brennkraftmaschine und Verfahren zu dessen Herstellung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Maschinenteil für eine Brennkraftmaschine und ein Verfahren zu dessen Herstellung und betrifft insbesondere Maschinenteile für Brennkraftmaschinen aus Keramik und Metall, die ausgezeichnete Wärmeisolierung, Wärmewiderstandsfähigkeit und Lebensdauer aufweisen, sowie auf ein Verfahren zu deren Herstellung.

Da Keramikmaterialien bezüglich der mechanischen Festigkeiten, des Wärmewiderstandes, des Oxidationswiderstandes und der Wärmeisolierung ausgezeichnet sind, ist es möglich, die Verbrennungstemperatur anzuheben und den Wärmeverlust zu vermindern, wenn Teile einer internen Brennkraftmaschine, die mit einem Verbrennungsgas hoher Temperatur in Berührung kommen, wie z.B. ein Kolben, eine Zylinderauskleidung, ein Zylinderkopf oder ähnlichen , aus keramischem Material bestehen, wodurch der Wirkungsgrad der Maschine verbessert und die schädlichen Kompo-

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nenten im Abgas u.a. vermindert werden. Wenn weiter der Teil der Maschine, der wiederholt einer Stoßbelastung unterworfen wird, wie z.B. ein Stößel, ein Kipphebeldämpfer o.a.,aus dem keramischen Material besteht, kann die Verschleißwiderstandsfahigkeit wirksam verbessert werden. Es wurden daher zusammengesetzte Machinenteile vorgeschlagen, die jeweils aus einer Kombination von Metall und Keramik bestehen.

Beispielsweise sind Kolben für eine interne Brennkraftmaschine in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 58-95,674 und der US-PS 4,245,611 beschrieben, die man durch Befestigen einer keramischen Kolbenkappe an einer Oberseite eines metallischen Kolbenkörpers durch Gießen herstellt. Um die keramische Kolbenkappe an dem metallischen Kolbenkörper durch Gießen zu befestigen, ist es jedoch notwendig, die aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnung erzeugten Gußspannungen zwischen der keramischen Kolbenkappe und dem metallischen Kolbenkörper abzuschwächen. Aus diesem Grund wurde ein Verfahren zur Abschwächung der Gußspannungen mit einem metallischen Ring an der keramischen Kolbenkappe vorgeschlagen (japanische Offenlegungsschrift 58-95,674). Bei diesem Verfahren ist es jedoch erforderlich, einen Flanschabschnitt zur Befestigung des metallischen Rings an der keramischen Kolbenkappe auszubilden, so daß nicht nur die Form der Kolbenkappe kompliziert wird, sondern wodurch ebenfalls die Neigung zu einer Rißbildung in dem Eckenabschnitt des Flansches infolge der Spannungskonzentration besteht.

Es wurde ebenfalls ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem eine Dämpfungsschicht,bestehend aus einem keramischen Material zwischen der keramischen Kolbenkappe und dem metallischen Kolbenkörper,angeordnet wird, um die Gußspan-

nungen abzuschwächen (US-PS 4,254,611). Bei diesem Verfahren ist die Befestigung der keramischen Kolbenkappe am metallischen Kolbenkörper infolge des Vorhandenseins der Dämpfungsschicht ungenügend, was zu einem Lösen der Kolbenkappe während des Betriebes des Kolbens führt.

Wenn weiter die keramische Kolbenkappe am Kolbenkörper mittels Gießen befestigt wird, ist es erforderlich, die Kolbenkappe vorzuwärmen, um ein Brechen der Kolbenkappe infolge des mittels des Gießens des geschmolzenen Metalls erzeugten thermischen Schocks zu verhindern, so daß der Gießprozess schwierig wird.

Um die mit dem Gießen verbundenen Nachteile zu beheben, wurde ein Verfahren vorgeschlagen, in dem ein metallisches Teil an der keramischen Kolbenkappe befestigt wird und dann sein äußerer Umfangsabschnitt so bearbeitet wird, um das Teil an dem metallischen Kolbenkörper durch eine mechanische Verbindung, wie z. B.

eine Schrumpfpassung, Einschrauben o.a., zu befestigen. Bei diesem Verfahren besteht jedoch die Möglichkeit, daß die keramische Kolbenkappe durch die Berührung mit dem Bearbeitungswerkzeug während der Bearbeitung des äußeren Umfangsteils des metallischen Teils zerbricht.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Maschinenteil für eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art aus Keramik und Metall zu schaffen, das eine ausgezeichnete Wärmeisolierung, Wärmewiderstandsfähigkeit und Lebensdauer aufweist, leicht ohne Zerbrechen des Keramikteils zu bearbeiten ist und in der Auswahl einer Materialkombination,aus der das Keramikteil und der Maschinenteilkörper aus Metall besteht frei ist, sowie ein Verfahren zur Herstellung derselben zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Maschinenteil für eine Brennkraftmaschine gelöst, das ein Keramikteil, ein an dem Keramikteil befestigtes Metallteil und einen Maschinenteilkörper aus Metall, an dem das Keramikteil mittels des Metallteils befestigt ist,umfaßt, wobei der Außenumfang des Metallteils einen kleineren Durchmesser als der Außendurchmesser des Keramikteils hat und an dem dem Keramikteil zugewandten Ende eine Ringnut aufweist, und das Metallteil an seiner Seite großen Durchmessers am Maschinenteilkorper aus Metall befestigt ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Maschinenteils für eine Brennkraftmaschine umfaßt das Befestigen eines Keramikteils an einem Maschinenteilkorper aus Metall mittels eines Metallteils, wobei das Metallteil,dessen Außenumfang einen kleineren Durchmesser als der Außendurchmesser des Keramikteils aufweist und an einem Ende mit einer Ringnut versehen ist, an dem Keramikteil so befestigt wird, daß die Ringnut in der Seite des Keramikteils angeordnet ist, der Außenumfang der Seite großen Durchmessers des Metallteils einer Endbearbeitung unterzogen wird, und der endbearbeitete Teil des Metallteils an einem Maschinenteilkörper aus Metall befestigt wird.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
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Fig. 1 bis 3 schematische Längsschnitte der

Kolben als Ausführungsform des Maschinenteils;

Fig. 4 einen Längsschnitt eines Stößels

als weiterer Ausführungsform des Maschinenteils; und

Fig. 5 eine teilweise geschnittene Seiten

ansicht eines Kipphebels als weitere Ausführungsform des Maschinenteils.

Ein Keramikteil ist an einem Metallteil befestigt, von dem ein Durchmesser seines Außenumfangs kleiner als der Außendurchmesser des Keramikteils ist,und wird dann an einem Maschinenteilkörper aus Metall mittels des Metallteils befestigt. Da der Außenumfang des Metallteils durch die Befestigung des Keramikteils verändert wird, wird die Bearbeitung des äußeren Umfangsabschnitts des Metallteils nach der Befestigung des Keramikteils durchgeführt. Weiter wird vorher in ein Ende des äußeren Umfangsabschnitts des Metallteils, der dem Keramikteil gegenüberliegt, eine Ringnut durch Ausdrehen, Fräsen oder Abschrägen ausgebildet. Somit wird ein Spalt mit einem Abstand zwischen dem Ausgangspunkt der Nut und der Fläche des Keramikteils am äußeren Umfangsabschnitt des Metallteils ausgebildet, so daß die Berührung des Bearbeitungswerkzeugs mit der Oberfläche des Keramikteils während der Bearbeitung des äußeren Umfangsabschnitts entfällt und somit die Bearbeitung des Metallteils vereinfacht und das Brechen des Keramikteils verhindert wird. Die Tiefe und Breite der in dem Metallteil ausgebildeten Ringnut wird entsprechend der Schnittstärke der Endbearbeitung des äußeren Umfangsabschnitts der Form und Größe des verwendeten Bearbeitungswerkzeugs und des Bearbeitungsverfahrens bestimmt.

Das Keramikteil besteht aus einem Keramikmaterial, das aus der Gruppe, bestehend aus Zirkon, Aluminium, Silizium-Nitrid, Silizium-Karbid und Sialon ausgewählt wird. Für das Metallteil wird ein Metall verwendet, das einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der gleich oder geringer als der des Metalls ist, aus dem der Maschinenteilkörper aus Metall besteht.

Die Befestigung zwischen dem Keramikteil und dem Metallteil kann durch eine Schrumpfpassung, eine Preßpassung oder durch Verbinden mittels einer metallisierten auf der Oberfläche des Keramikteils ausgebildeten Schicht, die mit dem Metallteil in Berührung steht, durchgeführt werden.

Der hier verwendete Ausdruck "metallisierte Schicht" bedeutet eine metallisierte Schicht, die durch Aufbringen einer pastösen Zusammensetzung, die hauptsächlich aus einem Metallpulver besteht, auf eine Oberfläche des Keramikteils zur Metallisierung der Oberfläche des Keramikteils, durch Trocknen und Erwärmen in einer Reduktionsatmosphäre, einer nicht oxidierenden Atmosphäre oder in einer Wasserstoffatmosphäre mit einem eingestellten Partialdruck des Dampfes ausgebildet wird.

Das Verfahren zum Befestigen des Keramikteils an dem metallischen Teil kann entsprechend der Materialien bestimmt werden, aus denen jeweils das Keramikteil und das Metallteil und eine Kombination von ihnen besteht. Wenn beispielsweise das Metallteil aus einem Metall mit einem niedrigen Schmelzpunkt, wie z. B. einer Aluminiumlegierung o.a. besteht, wird eine Schrumpf- oder Preßpassung bevorzugt, da sie die Befestigung des Keramikteils bei einer relativ niedrigen Temperatur ermöglicht. Wenn das Metallteil aus einem Metall mit einem hohem Schmelzpunkt, wie z.B. Gußeisen, Stahl o.a. besteht, kann eine Schrumpfpassung, eine Preßpassung und eine Verbindung mittels der metallisierten Schicht verwendet werden.

Die Schrumpf- und Preßpassung kann für alle Kombinationen der Keramik- und Metallmaterialien verwendet werden. Andererseits wird im Fall der Verbindung mittels der metallisierten Schicht die Zusammensetzung der metallisier-

ten Schicht, die auf dem Keramikteil angebracht wird, entsprechend dem Keramikmaterial, aus dem das Keramikteil besteht, ausgewählt. Wenn das Keramikteil beispielsweise aus einem teilweise stabilisierten Zirkon besteht,das V₂O₃ enthält, wird eine metallisierte Sicht, bestehend aus 70 bis 90 Gew.% Mo, 0,5 bis 15 Gew.^! MnO, 0,1 bis 10 Gew.% V₂O₃, 0,1 bis 15 Gew.% Al₂O₃ und 0,1 bis 15 Gew.% SiO₂ besonders bevorzugt, da sie eine große Verbindungsfestigkeit aufweist.

Die Verbindung zwischen der metallisierten Schicht und dem Metallteil kann durch Hartlöten oder Diffusionsverbinden durchgeführt werden. In diesem Fall wird das verwendete Lötmaterial oder das Einsatzmetall beim Diffusionsverbinden entsprechend den mechanischen Eigenschaften bestimmt, die im verbundenen Teil erforderlich sind, wie z.B. die Verbindungsfestigkeit, die Ermüdungsfestigkeit, die Hochtemperaturfestigkeit u.a. Wenn die metallisierte, auf dem Keramikteil angebrachte Schicht weiter mit dem Metallteil verbunden wird, kann ein Metall mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten, der gleich oder geringer als der des Metallteils ist, zwischen der metallisierten Schicht und dem Metallteil als Dämpfungsteil zum Vermindern der Unterschiede der thermischen Ausdehnung zwischen dem Keramikteil und dem Metallteil verwendet werden.

Die Befestigung zwischen dem an dem Keramikteil befestigten Metallteil und dem Maschinenteilkörper aus Metall wird durch eine Schrumpfpassung oder Einschrauben erreicht.

In Fig. 1 bis 3 sind Schnittansichten der Maschinenteile dargestellt, bei denen das Keramikteil eine Kolbenkappe und das Maschinenteil aus Metall ein Kolbenkörper ist.

Der in Fig. 1 dargestellte Kolben umfaßt eine Kolbenkappe 10 aus Silicium-Nitrit, ein zylindrisches, metallisches Teil 12 aus einer Fe-Ni-Legierung, deren Außenumfang einen Durchmesser aufweist, der kleiner als der Durchmesser der Kolbenkappe ist und an dem der Kolbenkappe zugewandten Ende eine kleine Ringnut aufweist, wobei der Kolbenkörper 14 aus einer Aluminiumlegierung besteht. Die Kolbenkappe 10 ist an ihrem konvexen Abschnitt 11 in eine durchgehende in dem Metallteil 12 ausgebildete öffnung mittels einer Schrumpfpassung eingepaßt. Die Kolbenkappe 10 ist weiter an dem Kolbenkörper 14 mittels einer Schraubverbindung zwischen einem an dem äußeren Umfang des Metallteils 12 und einem am Innenumfang 15 des konkaven Teils in der Oberseite des Kolbenkörpers 14 ausgebildeten Gewindes befestigt. Wenn es notwendig ist, kann eine Wärmeisolierungsscheibe 16 aus Keramikmaterial am Boden des konkaven Abschnitts angeordnet werden.

Dieser Kolben wird wie folgt hergestellt. Zuerst wird eine Kolbenkappe 10 bestimmter Form aus Silizium-Nitrid ausgebildet, gebrannt und dann zu einer vorbestimmten Größe bearbeitet. Getrennt davon wird ein scheibenförmiges oder zylindrisches Metallteil bearbeitet, so daß es eine durchgehende Bohrung zum Einpassen eines konvexen Teils 11 der Kolbenkappe am mittleren Teil und eine Ringnut 13 mit einem kleineren Durchmesser als dem Außendurchmesser des Metallteils an einem Ende des Außenumfangs aufweist, wobei der Seitenabschnitt der durchgehenden Öffnung, der der Ringnut entspricht, abgeschrägt wird. Dann wird der konvexe Teil 11 der Kolbenkappe in die durchgehende öffnung des Metallteils eingeschrumpft, so daß die Ringnut an der Seite der Kolbenkappe liegt, während das Metallteil auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt wird. Das Passungsmaß der Schrumpfpassung wird so bestimmt, daß die

erforderliche Festigkeit bei Betriebstemperatur des Kolbens unter Beachtung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Materials, aus dem die Kolbenkappe 10 und das Metallteil 12 besteht, dem Durchmesser und der Betriebstemperatur des eingepaßten Teils, gewährleistet ist.

Darauf wird ein Gewinde bestimmter Größe sowohl auf dem Teil großen Durchmessers des Außenumfangs des Metallteils 12 als auch auf dem Innenumfang 15 des konkaven Teil des oberen Kolbenkörpers ausgebildet. Dann wird die Kolbenkappe am Kolbenkörper durch Einschrauben der beiden Gewinde befestigt. In diesem Fall ist keine Wärmebehandlung zur Befestigung der Kolbenkappe am Kolbenkörper notwendig, so daß auch, wenn ein Wärmebehandelter Kolbenkörper verwendet wird, keine Änderung der mechanischen Festigkeit auftritt, so daß es nicht erforderlich ist, den Kolbenkörper nach der Befestigung der Kolbenkappe am Kolbenkörper erneut einer Wärmebehandlung zu unterziehen.

Der in Fig. 2 dargestellte Kolben umfaßt eine Kolbenkappe 20 aus Zirkonkeramik, ein metallisches Teil aus Kugelgraphitguß, das an seinem der Kolbenkappe zugewandten Außenumfangsende mit einer Ringnut 23 versehen ist, die einen kleineren Durchmesser als der Außendurchmesser des Metallteils 22 hat, und einen Kolbenkörper 24 aus einer Aluminiumlegierung, wobei die Kolbenkappe 20 am Metallteil 22 durch eine auf einer Oberfläche 21 eines konvexen Teils der Kolbenkappe aufgebrachte metallisierte Schicht (nicht dargestellt) , befestigt ist. Die Kolbenkappe 20 ist am Kolbenkörper 24 durch Verschrauben eines am Außenumfang des Metallteils 22 ausgebildeten Gewindes mit einem am Innenumfang 25 eines konkaven Teils in der Oberseite des Kolbenkörpers ausgebildeten Gewindes

_ ι 3 —

befestigt. Wenn es notwendig ist, kann unterhalb der
Unterseite des Metallteils ein wärmeisolierendes Teil 26 aus Keramik angeordnet sein.

Dieser Kolben wird wie folgt hergestellt. Zuerst wird eine Kolbenkappe vorbestimmter Form aus teilweise
stabilisierter V₂O₃ enthaltender Zirkonkeramik ausgebildet, gebrannt und dann zu einer vorbestimmten
Größe bearbeitet. Dann wird auf die Oberfläche 21 des konvexen Teils der Kolbenkappe eine pastenförmige Zusammensetzung, die hauptsächlich aus Mo-Mn-SiO₂-Al₂O₃ besteht, aufgebracht und getrocknet und in einer
feuchten Wasserstoffatmosphäre gebrannt, um eine metallisierte Schicht einer vorbestimmten Zusammensetzung

auf der Oberfläche auszubilden. Darauf wird die Oberfläche der metallisierten Schicht einer Ni-Beschichtung unterworfen.

Getrennt wird eine Scheibe aus Kugelgraphitguß vorgesehen und auf einer ihrer Seiten bearbeitet, um einen konkaven Abschnitt 28 zur Aufnahme des konvexen Abschnitts der Kolbenkappe und eine Ringnut 23 mit einem kleineren Durchmesser als dem Außendurchmesser der
Scheibe am Außenumfang, die dem offenen Ende des konkaven Abschnitts 28 gegenüberliegt, auszubilden, wobei weiter die Innenumfangsflache des konkaven Abschnitts abgeschrägt wird, wodurch ein Metallteil 22 erzeugt
wird. Nachdem die Bodenfläche des konkaven Teils 28
der Ni-Beschichtung unterworfen wurde, wird der kon-

vexe Teil der Kolbenkappe in den konkaven Teil 28 des Metallteils eingesetzt. Dann werden die gegenüberliegende Fläche des konvexen Teils 21 und des konkaven Teils 28 miteinander mit einer Silberhartlötlegierung verbunden. Darauf wird ein Gewinde vorbestiiranterGröße auf der Außenumfangsflache großen Durchmessers des
Metallteils 22 und der Innenumfangsflache 25 des

konkaven Teils an der Oberseite des Kolbenkörpers 24 zur Aufnahme des Metallteils 22 ausgebildet. Darauf wird die Kolbenkappe am Kolbenkörper durch Verschrauben befestigt.
5

Der in Fig. 3 dargestellte Kolben umfaßt eine scheibenförmige Kolbenkappe 30 aus Zirkonkeramik, ein Metallteil 32 aus Kugelgraphitguß mit einem kleineren Durchmesser als dem der Kolbenkappe, einen scheibenförmigen Dämpfungskörper 37 aus Titan, der einen kleineren Durchmesser als das Metallteil aufweist, und einen Kolbenkörper 34 aus Kugelgraphitguß, wobei die Kolbenkappe 30 am Metallteil 32 mittels Hartverlöten des Dämpfungskörpers 37 aus Titan befestigt ist, der an einer auf einer Seitenfläche der Kolbenkappe angebrachten metalllisierten Schicht hartverlötet ist. Weiter wird die Kolbenkappe 30 am Kolbenkörper 34 mittels einer Schrumpfpassung befestigt, die zwischen der äußeren Umfangsfläche des Metallteils 32 und der inneren Umfangsflache 35 des konkaven Teils am oberen Teil des Kolbenkörpers 34 ausgebildet wird.

Der Kolben wird wie folgt hergestellt. Zuerst wird eine Kolbenkappe 30 vorbestimmter Form aus teilweise stabilisierter V₂O₃ enthaltender Zirkonkeramik hergestellt, gebrannt und zu einer vorbestimmten Größe bearbeitet. Dann wird eine metallisierte Schicht vorbestimmter Zusammensetzung auf einer Seitenfläche der Kolbenkappe angebracht und einer Ni-Beschichtung unterworfen. Getrennt wird ein Metallteil 32 auf einer Seitenfläche einer Ni-Beschichtung unterworfen. Dann wird eine Titanscheibe 37 mit einem kleineren Durchmesser als dem des Metallteils 32 zwischen der Ni-beschichteten Fläche des Metallteils 32 und der Oberfläche der auf der Kolbenkappe 30 angebrachten metallisierten Schicht angeordnet, und die Teile werden miteinander hartverlötet,

_ ι 5 —

Als Hartlötmaterial wird eine Hartlegierung verwendet, die eine bei Betriebstemperatur des Kolbens erforderliche Verbindungsfestigkeit aufweist, wie z.B. eine Silberhartlötlegierung, eine Cu-Mn-Hartlötlegierung oder eine Ni-Hartlötlegierung.

Darauf wird die äußere Umfangsfläche des Metallteils 32 auf eine vorbestimmte Größe bearbeitet. In der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform spielt die äußere Umfangsfläche 33 der Titanscheibe 37 die gleiche Rolle wie die in Fig. 1 und 2 gezeigten Ringnuten 13, 23, so daß kein Zerbrechen der Kolbenkappe während der Bearbeitung der äußeren Umfangsfläche des Metallteils 32 bewirkt wird.

Dann wird der Kolbenkörper 34, der an seiner Oberseite mit einem konkaven Teil vorbestimmter Größe zur Aufnahme des Metallteils versehen ist, auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt,und das Metallteil 32 in den konkaven Abschnitt des Kolbenkörpers eingeschrumpft, wodurch die Kolbenkappe am Kolbenkörper 34 befestigt wird. Die Schrumpftemperatur ist vorzugsweise nicht höher als die Schmelztemperatur des zum Befestigen der Kolbenkappe 30 und des Metallteils 32 verwendeten Hartlötmaterialsund wird so gewählt, daß keine Strukturwandlung des Metalls des Kolbenkörpers stattfindet. Weiter wird das Schrumpfmaß so gewählt, daß die erforderliche Festigkeit bei der Betriebstemperatur des Kolbens gewährleistet ist.

In Fig. 4 ist ein weiteres Maschinenteil im Schnitt dargestellt, wobei das Keramikteil eine nockenberührende Fläche und das metallische Maschinenteil einen Stößelkörper darstellt. Das heißt, der Stößelkörper gemäß Fig. 4 umfaßt eine nockenberührende Fläche 40 aus Zirkonkeramik, ein zylindrisches metall-

lisches Teil 42 aus Stahl, das an einer Endfläche, ^f die der nockenberührenden Fläche gegenüberliegt, ämit einer Ringnut 43 kleiner Größe' versehen ist, !und einen Stößelkörper 44 aus Gußeisen. Der konvexe Tqil 41 der nockenberührenden Fläche 40 ist in die durchgehende öffnung des Metallteils 42 mittels Einschrumpfen eingepaßt, während die nockenberührende Fläche 40 am Stößelkörper 44 durch Verschrauben eines am Außenumfang des Metallteils 42 und eines am Innenumfang 45 der öffnung im Stößelkörper 44 ausgebildeten Gewindes befestigt ist. Auf der Oberfläche des konvexen Teils 41 der nockenberührenden Fläche 40 ist ein konkaver Teil 46 zur Berührung mit einer Stößelstange ausgebildet.

In Fig. 5 ist ein weiteres Maschinenteil dargestellt, wobei das keramische Teil ein Kipphebeldämpfer und das metallische Maschinenteil ein Kipphebelkörper ist. Das heißt, der Kipphebel von Fig. 5 umfaßt einen Kipphebeldämpfer 50 aus Zirkonkeramik, ein Metallteil 52 aus Stahl, das an einem Ende mit einer kleinen Ringnut 53 versehen ist, und einen Kipphebelkörper 54 aus einer Aluminiumlegierung. Der konvexe Teil 51 des Kipphebeldämpfers 50 ist in die öffnung des Metallteils 52 mittels Preßsitz eingepaßt, während der Kipphebeldämpfer 50 am Kipphebelkörper 54 durch Verschrauben eines auf den Außenumfang des Metallteils 52 und eines am Innenumfang 55 des konkaven Teils im Kipphebelkörper 54 ausgebildeten Gewindes befestigt ist. Die Preßpassung des Kipphebeldämpfers £0 im Metallteil 52 wird bei einer Temperatur durchgeführt, die nicht niedriger als die Betriebstemperatur im eingepaßten Teil ist, damit ein Lösen des Kipphebeldämpfers vom eingepaßten Teil im Betrieb verhindert wird.

Wie oben erwähnt, wird das Keramikteil am metallischen Maschinenteilkörper durch das Metallteil befestigt,

ORIGINAL. INSPECTED

dessen Außenumfang einen kleineren Durchmesser als der Außendurchmesser des Keramikteils aufweist und an dem dem Keramikteil gegenüberliegenden Ende mit einer Ringnut versehen ist, die ein wenig kleiner als der Durchmesser dieses äußeren Umfangs ist, so daß das Vorhandensein der Ringnut im äußeren Umfangsteil des Metallteils nicht nur die Endbearbeitung des äußeren Umfangs des Metallteils nach der Befestigung des Keramikteils erleichtert, sondern ebenfalls ein Zerbrechen des Keramikteils bei der Endbearbeitung verhindert.

Weiter kann das am Keramikteil befestigte Metallteil mit dem metallischen Maschinenteilkörper ohne Wärmebehandlung verbunden werden, so daß das Keramikteil am wärmebehandelten metallischen Maschinenteilkörper ohne Veränderung der Eigenschaft des Maschinenteilkörpers befestigt werden kann. Weiter kann das Keramikteil am Maschinenteilkörper aus einer niedrigschmelzenden Legierung, wie z. B. einer Aluminiumlegierung o.a.

ohne ein kompliziertes Verfahren, wie z.B. Einsatzgießen. befestigt werden. Die Erfindung schafft somit auf einfache Weise Maschinenteile, die eine verbesserte Wärmeisolierung, Korrosionsbeständigkeit oder Verschleiß-Widerstandsfähigkeit haben, indem man die Eigenschaften des Keramikmaterials, wie z. B. die Wärmeisolierung, die Wärmewiderstandsfähigkeit, die Korrosionswiderstandfähigkeit, die Verschleißwiderstandsfähigkeit u.a. verwendet.

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Claims

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"Nagoya City / Japan

Maschinenteil für eine Brennkraftmaschine und Verfahren zu dessen Herstellung

Patentansprüche

Maschinenteil für eine Brennkraftmaschine gekennzeichnet durch ein Keramikteil

(10, 20, 30, 40, 50), ein an dem Keramikteil (10, 20, 30, 40, 50) befestigtes Metallteil (12, 22, 32, 42, 52) und einen Maschinenteilkörper (14, 24, 34, 44, 54) aus Metall, an dem das Keramikteil (10, 20, 30, 40, 50) mittels des Metallteils (12, 22, 32, 42, 52) befestigt ist, wobei der Außenumfang des Metallteils (12, 22, 32, 42, 52) einen kleineren Durchmesser als der Außendurchmesser des Keramikteils (10, 20, 30, 40, 50) hat und an dem dem Keramikteil (10, 20, 30, 40, 50) zugewandten Ende eine Ringnut (13, 23, 33, 43, 53) aufweist, und das Metallteil (12, 22, 32, 42, 52) an seiner Seite großen Durchmessers am Maschinenteilkörper

(14, 24, 34, 44, 54) aus Metall befestigt ist.

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2. Maschinenteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Keramikteil (10, 40, 50) am Metallteil (12, 42, 52) mittels einer Schrumpfpassung befestigt ist.
3. Maschinenteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Keramikteil (20, 30) am Metallteil (22, 32) mittels einer auf dem Keramikteil (20) angebrachten Metallbeschichtung oder mittels eines an der Metallbeschichtung angeklebten metallischen Dämpfungskörpers (37) befestigt ist.
4. Maschinenteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der mit der metallisierten · Schicht des Keramikteils (30) verbundene Dämpfungskörper (37)einen Teil der oder die gesamte Ringnut (33) am Außenumfang des Metallteils (32) bildet.
5. Maschinenteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das an dem Keramikteil (10, 20, 30, 40, 50) befestigte Metallteil (12, 22, 32, 42, 52) am Maschinenteilkörper (14, 24, 34, 44, 54) aus Metall mittels Einpassen oder Verschrauben befestigt ist.
6. Maschinenteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Keramikteil (10, 20, 30, 40, 50) mindestens aus einem Keramikmaterial hergestellt ist, das aus der Gruppe Zirkon, Aluminium, Silizium, Nitrid, Siliziumkarbid und Sialon ausgewählt ist, und daß der Maschinenteilkörper mindestens aus einem Metall besteht, das aus der Gruppe von Gußeisen, Stahl und einer Aluminiumlegierung ausgewählt ist.
7. Verfahren zur Herstellung eines Maschinenteils für eine Brennkraftmaschine,g ekennzeichnet durch Befestigen eines Keramikteils (10, 20, 30, 40, 50) an einem Maschinenteilkörper (14, 24, 34, 44, 54) aus Metall mittels eines Metallteils (12, 22, 32, 42, 52),wobei das Metallteil (12, 22, 32, 42, 52), dessen Außenumfang einen kleineren Durchmesser als der Außendurchmesser des Keramikteils (10, 20, 30, 40, 50) aufweist und an einem Ende mit einer Ringnut (13, 23, 33, 43, 53) versehen ist, an dem Keramikteil (10, 20, 30, 40, 50) so befestigt wird, daß die Ringnut (13, 23, 33, 43,

53) in der Seite des Keramikteils (10, 20, 30, 40, 50) angeordnet ist, der Außenumfang der Seite großen Durchmessers des Metallteils (12, 22, 32, 42, 52) einer Endbearbeitung unterzogen wird, und der endbearbeitete Teil des Metallteils (12, 22, 32, 42, 52) an einem Maschinenteilkörper (14, 24, 34, 44,

54) aus Metall befestigt wird. 20
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Keramikteil (10, 40, 50)

an dem Metallteil (12, 42, 52) mittels einer Schrumpfpassung befestigt ist.
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9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Keramikteil (20, 30) an dem Metallteil (22, 32) mittels einer an dem Keramikteil (20, 30) angebrachten Metallschicht oder eines an der Metallschicht angeklebten metallischen Dämpfungskörpers (37) befestigt ist.
10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das an dem Keramikteil (10, 20, 30, 40, 50) befestigte Metallteil (12, 22, 32, 42, 52) an den Maschinenteilkörper (14,24,34,44,54) aus Metall mittels Einpassen oder Einschrauben befestigt ist.