DE3735589C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Ventilbetätigungshebel aus
Leichtmetall mit eingegossenem Gleitkörper aus Oxid- oder
Nitridkeramik.
Ventilbetätigungshebel, bei denen die Gleitfläche durch
einen besonderen Gleitkörper gebildet wird, haben den Vor
teil, daß für Hebelkörper und Kontaktfläche das jeweils ge
eignete Material verwendet werden kann. So kann man für den
Hebelkörper ein leichtes Material z.B. Aluminium oder Magne
sium-Legierungen verwenden, während der Gleitkörper oder
Gleitstein aus einem Material mit hoher Verschleißfestig
keit z.B. aus Oxid- oder Nitridkeramik bestehen kann.
Die Befestigung des Gleitkörpers auf dem Hebelkörper ge
schieht üblicherweise durch Eingießen oder durch Löten
oder Kleben.
Das Kleben hat den Nachteil, daß die Klebeverbindungen
häufig kein befriedigendes Langzeitverhalten aufweisen.
Löten ist verhältnismäßig aufwendig, da die zum Löten
erforderlichen Reaktionslote teuer sind, darüber hinaus
müssen die durch Lötung miteinander zu verbindenden Flächen
sorgfältig bearbeitet sein.
Das Eingießen ist eine verhältnismäßig preiswerte und sichere
Verbindungsweise, ist aber auch mit Nachteilen verbunden. Durch
die große Temperaturdifferenz des einzugießenden Keramikkörpers
zu der heißen Leichtmetallschmelze besteht die Gefahr der
Thermoschock-Rißbildung an der Oberfläche des Keramikteils, was
zu einer Verschlechterung der Haftungseigenschaften und
schlimmstenfalls zur Zerstörung des Gleitsteins im Betrieb
führen kann. Man hat daher bereits dieses Problem dadurch zu
lösen versucht, daß man den einzugießenden Gleitstein vor dem
Eingießen vorgewärmt und heiß in die Gießform eingelegt hat. In
diesem Fall tritt an der Eingießstelle kein Thermoschock mehr
auf, jedoch kann nunmehr die Abkühlung des heißen Gleitsteins
an der verhältnismäßig kühlen Formwand zu einem Thermoschock an
der Gleitfläche des Gleitsteins führen, was mindestens genauso
unerwünscht ist wie ein Thermoschock an der Eingießstelle. Zwar
ist auch dieses Problem inzwischen dadurch gelöst, daß man die
Abkühlung des heißen Gleitsteins an der Formwand verhindert,
indem man z.B. die Formwand in dem Bereich, in dem sie mit dem
heißen Gleitstein in Berührung kommt, thermisch isoliert oder
aufheizt (DE-PS 35 20 484), jedoch ist auch dieses Verfahren
mit verhältnismäßig großem Aufwand verbunden.
Aus der DE-PS 33 42 275 ist ein Ventilbetätigungshebel zu ent
nehmen, bei dem ein Gleitkörper in einer Rechtecknut eingeklebt
ist. Damit bei diesem Ventilbetätigungshebel mit dem einge
klebten Gleitkörper ein Lösen des Gleitkörpers vermieden wird,
umfaßt zusätzlich ein mit dem Ventilbetätigungshebel verbun
dener rahmenförmiger Käfig den Gleitkörper. Der Boden des Kä
figs ist dabei unten offen und der Käfig selbst mit dem Ven
tilbetätigungshebel verschweißt.
Nach der DE-PS 34 29 169 ist bei einem Steuerelement für den
Ventilbetrieb eines Verbrennungsmotores, das aus Metall be
steht, ein Einsatzstück aus keramischem Werkstoff mittels einer
Verbindungsschicht auf dem Steuerelement befestigt, wobei diese
Verbindungsschicht aus einem öl- und temperaturbeständigen,
vulkanisierten Elastomeren besteht, wodurch eine Haftung zwi
schen dem keramischen Einsatzstück und dem metallischen Steu
erelement erreicht werden soll. Bei beiden Gegenständen ist
eine große Ausfallsicherheit nicht unbedingt gegeben, da eine
gewisse Gefahr einer Thermoschock-Rißbildung nicht auszu
schließen ist.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Ventilbetäti
gungshebel aus Leichtmetall mit eingegossenem Gleitkörper aus
Oxid- oder Nitridkeramik zu finden, bei dem die Gefahr der
Thermoschock-Rißbildung deutlich verringert ist, sowie ein
entsprechendes Herstellungsverfahren für einen solchen Ventil
betätigungshebel.
Diese Aufgabe wird durch den im Patentanspruch 1 beschriebenen
Ventilbetätigungshebel sowie durch das Verfahren zu seiner Herstellung
gelöst.
Der Gleitkörper ist im einzugießenden Bereich mit einer
den unmittelbaren Kontakt zwischen dem flüssigen Leicht
metall und dem Gleitkörper verhindernden Schicht ver
sehen. Durch diese Zwischenschicht wird beim Guß ein ver
hältnismäßig langsamer und gleichmäßiger Temperaturanstieg
in der Keramik des Gleitkörpers erreicht. Man erzielt da
durch eine Reduzierung der thermischen Beanspruchung des
Gleitkörpers und damit eine erhebliche Verringerung der
Thermoschock-Rißbildung.
Die den Kontakt zwischen dem flüssigen Leichtmetall und
dem Gleitkörper verhindernde Schicht kann metallischer
oder nichtmetallischer Natur sein. Als metallische Schicht
werkstoffe können Aluminium, Zinn, Blei, Eisen, Chrom,
Nickel, Molybdän und andere geeignete Metalle sowie deren
Legierungen Verwendung finden. Besonders bevorzugt werden
Aluminium, Eisen, Chrom, Nickel und Molybdän.
Die metallischen Werkstoffe kommen in einer Schichtdicke
von 0,05 bis 1 mm zur Anwendung. Die Schichten können
durch alle bekannten Auftragungsverfahren auf die einzu
gießenden Partien der Gleitkörper aufgetragen werden. Be
vorzugt wird die Metallschicht in einem thermischen Sprüh
vorgang auf den Gleitkörper aufgebracht. Bei diesem ther
mischen Spritzen wird das Metall in den schmelzflüssigen
oder teigigen Zustand überführt und auf das Substrat ge
spritzt. Das thermische Spritzen kann beispielsweise Flamm-,
Plasma-, Maser-, Laser-, Explosions- oder Lichtbogenspritzen
sein. Dieses thermische Spritzen kann beispielsweise mittels
einer Pulversprühpistole als Auftragsvorrichtung oder einer
beliebigen anderen thermisch arbeitenden Auftragsvorrichtung
vorgenommen werden.
Eine nichtmetallische Schicht kann auf dem Gleitkörper durch
Tauchen oder Spritzen einer wäßrigen Suspension von Keramik
partikeln oder dergleichen nach Techniken, wie sie aus der
Porzellanverarbeitung bekannt sind, vorgenommen werden. Be
sonders geeignet ist auch hier das bereits bei dem Auftrag
der Metallschicht erwähnte thermische Spritzen, da so be
sonders haftfeste Überzüge erzielt werden. Als geeignetes
Material zur Erzeugung der Schicht ist Al2O3, ZrO2, Scha
motte, Al-Silicat, Graphit, MoS2 und dergleichen, auch in
Mischung, brauchbar, wobei sich das Auftragsverfahren für
die Schicht nach der jeweiligen Substanz richtet. Die kera
mische Schicht entfaltet ihre Wirkung beim Guß bereits in
Schichtdicken von 0,05 bis 0,100 mm. Eine Erhöhung der
Schichtdicke über 1 mm hinaus bringt keine weiteren Vor
teile mehr mit sich. Zur besseren Haftung und zum Ausgleich
unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizienten
können Haftvermittlerschichten z. B. aus Yttrium, Aluminium,
Chrom, Nickel oder aus Mischungen daraus zwischen Gleit
körper und der kontaktverhindernden Schicht vorgesehen wer
den. Diese Haftvermittlerschicht wird üblicherweise durch
ein thermisches Spritzverfahren aufgebracht. Die Schicht
dicke der Haftvermittlerschicht kann sehr gering sein; be
vorzugt wird eine Schichtdicke von etwa 50 µm.
Die den unmittelbaren Kontakt zwischen dem flüssigen Leicht
metall und dem Gleitkörper verhindernde Schicht kann auch
aus dem geschlossenen Boden eines Käfigs bestehen, in dem
der Gleitkörper formschlüssig gehaltert ist, und zwar durch
Leisten des Käfigs, die alle Kanten des Gleitkörpers über
decken. Ein solcher Käfig kann aus Stahlblech mit einer
Stärke von insbesondere 0,1 bis 2 mm aber auch aus einer
fließgepreßten oder gegossenen Kassette z. B. aus Leicht
metall mit einer Stärke von insbesondere 0,5 bis 3 mm be
stehen, in die der Gleitkörper eingelegt und durch Umbör
deln der Leisten bzw. Kanten der Kassette oder des Käfigs
fixiert wird. Diese Kassette mit eingelegtem Gleitstein
wird dann in der Gießform fixiert und nach einem der be
kannten Verfahren, insbesondere durch Druckguß, wird dann
der Ventilbetätigungshebel in der Gießform fertiggestellt.
Die den Gleitstein tragende Kassette ist nach dem Guß homogen
mit dem Gießmaterial verbunden.
In der Abbildung wird schematisch die Herstellung eines
Kipphebels gezeigt. Es zeigen
Fig. 1 einen Gleitstein aus Zirkondioxidkeramik,
Fig. 2 einen im Gießverfahren aus Aluminium hergestellten
Käfig für den Gleitstein,
Fig. 3 den in dem Käfig befestigten Gleitstein und
Fig. 4 einen Kipphebel, in den der Gleitstein gemäß
Fig. 3 eingegossen ist,
Fig. 5 zeigt eine andere Ausführung eines Käfigs,
Fig. 6 zeigt einen Gleitstein mit aufgespritzter Trenn
schicht und
Fig. 7 zeigt den Gleitstein gemäß Fig. 6 in einen Kipp
hebel eingegossen.
Fig. 1 zeigt in Ansicht einen Gleitstein 1 mit einer ge
bogenen Gleitfläche 2. Das Gleitstück ist mit angeschrägten
Flächen 3 und 4 versehen, an die die Metalleisten des Käfigs
angepreßt werden. Fig. 2 zeigt den Käfig 5 mit dem Hohl
raum 6, in den der Gleitstein 1 eingelegt wird. Nach dem Ein
legen des Gleitsteins werden die Seitenwände (Leisten) 8, 9,
10 und 11 an die Schrägen 3 und 4 sowie die in Fig. 1 nicht
dargestellten weiteren Schrägen angebördelt. Nach dem An
bördeln nehmen sie etwa die gestrichelt dargestellte Lage
(8′, 9′, 10′, 11′) ein. Ein Schnitt durch einen Gleitstein 1,
der in einem Käfig 5 befestigt ist, zeigt Fig. 3. Der Käfig 5
gemäß Fig. 2 ist ferner mit Wülsten 7 versehen, die zur
Verbesserung des Eingusses dienen. Fig. 4 zeigt den Schnitt
durch einen Kipphebel 12, in den ein in einem Käfig 5 be
findliches Gleitstück 1 eingegossen ist. Da der Käfig 5
aus dem gleichen Material wie der Kipphebel 12 besteht, näm
lich Aluminium, sind die Konturen des ehemaligen Käfigs 5
lediglich punktiert dargestellt, da beim Einguß eine praktisch
homogene Verbindung der Materialien des Kipphebels und des
Käfigs entstanden ist.
Während sich die in Fig. 2 dargestellte Form des Käfigs
vor allem für gegossene Käfige, insbesondere aus Alu
minium, eignet, ist in Fig. 5 im Teilschnitt ein weiterer
Käfig dargestellt, der sich z.B. durch Fließpressen her
stellen läßt und vorzugsweise aus Stahl besteht. Außer
den dargestellten beiden Käfigen können natürlich auch
noch andere Käfige, z.B. aus Blech gefalzte Käfige Ver
wendung finden. Wesentlich an den Käfigen ist nur, daß sie
einmal mit ihren Rändern das Gleitstück formschlüssig hal
ten müssen und zum anderen daß sie einen geschlossenen Boden
besitzen, der eine den unmittelbaren Kontakt zwischen dem
Leichtmetall und dem Gleitkörper verhindernde Schicht beim
Einguß bildet.
Fig. 6 zeigt einen Schnitt durch einen Gleitstein 61, der auf
seiner Rückseite mit einer den unmittelbaren Kontakt zwischen
Schmelze und Gleitstein beim Eingießen verhindernden Schicht 62
versehen ist. Die Schicht 62 besteht aus ZrO2 mit 6 bis 8%
Y2O3. Die Schicht ist mittels einer Plasmaspritzpistole auf an
sich bekannte Weise in einer Stärke von 0,8 bis 1 mm aufgetra
gen. Fig. 7 zeigt einen Kipphebel 63 im Schnitt mit eingegos
senem Gleitstück 61. Die den unmittelbaren Kontakt zwischen
Gleitstück und Kipphebel verhindernde Schicht 62 ist in diesem
Fall noch deutlich erkennbar.
Durch die den unmittelbaren Kontakt des Gleitstücks zum flüs
sigen Metall während des Eingießens des Gleitstücks verhin
dernde Schicht ist es möglich, Kipphebel mit eingegossenem
Gleitstück herzustellen, die eine wesentlich bessere Ausfall
sicherheit besitzen als die bisher hergestellten.
Claims (11)
1. Ventilbetätigungshebel aus Leichtmetall mit eingegossenem
Gleitkörper aus Oxid- oder Nitridkeramik,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Gleitkörper im eingegossenen Bereich mit einer
den unmittelbaren Kontakt zwischen dem Leichtmetall und dem
Gleitkörper verhindernden Schicht versehen ist.
2. Ventilbetätigungshebel nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Gleitkörper in einem rahmenförmigen Käfig durch
Leisten gehaltert ist, wobei der rahmenförmige Käfig
einen geschlossenen Boden besitzt, der den unmittelbaren
Kontakt zwischen Leichtmetall und Gleitkörper verhindert.
3. Ventilbetätigungshebel nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Käfig aus Leichtmetall oder Stahl besteht und
sein Boden 0,5 bis 3 mm bzw. 0,1 bis 2 mm dick ist.
4. Ventilbetätigungshebel nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Gleitkörper im einzugießenden Bereich mit einer
thermisch aufgespritzten Metallschicht als kontaktverhin
dernde Schicht versehen ist.
5. Ventilbetätigungshebel nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schicht aus Al, Fe, Mo, Cr, Ni oder Legierungen oder
Mischungen daraus besteht und 0,05 bis 1 mm stark ist.
6. Ventilbetätigungshebel nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Gleitkörper im einzugießenden Bereich mit einer
Schicht aus ZrO₂, Al₂O₃, Cr₂O₃, TiO₂, NiO, SiO₂ oder
Mischungen daraus als kontaktverhindernde Schicht
versehen ist und die Schicht 0,050 bis 1 mm stark ist.
7. Ventilbetätigungshebel nach einem der
Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen dem Gleitkörper und der kontaktverhindernden
Schicht eine Haftvermittlerschicht, insbesondere aus Yttrium,
Aluminium, Chrom, Nickel oder Mischungen oder Legierungen
daraus angeordnet ist.
8. Verfahren zur Herstellung eines Ventilbetätigungshebels
aus Leichtmetall mit einem eingegossenen Gleitkörper aus
Oxid- oder Nitridkeramik,
dadurch gekennzeichnet,
daß während des Eingießens des Gleitkörpers in das flüssige
Metall der Gleitkörper im einzugießenden Bereich mit einer
den unmittelbaren Kontakt zwischen dem flüssigen Leichtme
tall und dem Gleitkörper verhindernden Schicht versehen
wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die einzugießenden Teile des Gleitkörpers vor dem Gießen
im einzugießenden Bereich durch thermisches Spritzen mit
einer Metallschicht oder durch Tauchen oder Spritzen mit
einer wäßrigen Schicht von Keramikpartikeln überzogen
werden, wobei mittels dieser Überzugschicht der unmittelba
re Kontakt des flüssigen Metalls mit dem Gleitkörper verhin
dert wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die einzugießenden Teile des Gleitkörpers vor dem Gießen
im einzugießenden Bereich mit einer metallischen Schicht
aus Aluminium, Eisen Molybdän, Chrom, Nickel oder Legie
rungen davon oder mit einer Schicht aus ZrO₂, Al₂O₃, Cr₂O₃,
TiO₂, NiO oder Mischungen daraus überzogen werden, mit
einer Schichtdicke von 0,05 bis 1 mm.
11. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Gleitkörper in einem rahmenförmigen Käfig mit ge
schlossenem Boden formschlüssig gehaltert wird, der Käfig
mit dem eingelegten Gleitkörper in der Gießform fixiert
und in die Metallschmelze eingegossen wird, wobei der Bo
den des Käfigs den unmittelbaren Kontakt zwischen der Me
tallschmelze und dem Gleitkörper verhindert.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19873735589 DE3735589A1 (de) | 1987-10-21 | 1987-10-21 | Ventilbetaetigungshebel aus leichtmetall mit eingegossenem gleitkoerper aus oxid- oder nitridkeramik sowie verfahren zu seiner herstellung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19873735589 DE3735589A1 (de) | 1987-10-21 | 1987-10-21 | Ventilbetaetigungshebel aus leichtmetall mit eingegossenem gleitkoerper aus oxid- oder nitridkeramik sowie verfahren zu seiner herstellung |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3735589A1 DE3735589A1 (de) | 1989-05-03 |
DE3735589C2 true DE3735589C2 (de) | 1990-10-04 |
Family
ID=6338761
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19873735589 Granted DE3735589A1 (de) | 1987-10-21 | 1987-10-21 | Ventilbetaetigungshebel aus leichtmetall mit eingegossenem gleitkoerper aus oxid- oder nitridkeramik sowie verfahren zu seiner herstellung |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE3735589A1 (de) |
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DE102004047841A1 (de) * | 2004-09-29 | 2006-04-20 | Hydro Aluminium Alucast Gmbh | Verfahren zum Herstellen von Gussteilen und Insert für Gussteile |
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DE3342275C1 (de) * | 1983-11-23 | 1985-05-15 | Daimler-Benz Ag, 7000 Stuttgart | Ventilbetätigungshebel mit einem in einer Rechtecknut eingeklebten Gleitkörper |
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-
1987
- 1987-10-21 DE DE19873735589 patent/DE3735589A1/de active Granted
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Also Published As
Publication number | Publication date |
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DE3735589A1 (de) | 1989-05-03 |
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