DE102008002514A1

DE102008002514A1 - Kolben, Zylinderlaufbuchse oder sonstiges, den Brennraum eines Verbrennungsmotors begrenzendes Motorbauteil und Verfahren zur Herstellung derselben

Info

Publication number: DE102008002514A1
Application number: DE102008002514A
Authority: DE
Inventors: Klaus Lades
Original assignee: Federal Mogul Nuernberg GmbH
Current assignee: Federal Mogul Nuernberg GmbH
Priority date: 2008-06-18
Filing date: 2008-06-18
Publication date: 2009-12-24
Also published as: WO2009153174A1; EP2300634A1; US20110079204A1

Abstract

Ein Kolben, eine Zylinderlaufbuchse oder ein sonstiges, den Brennraum eines Verbrennungsmotors begrenzendes Motorbauteil enthält eine zu dem Brennraum gerichtete Schicht oder Beschichtung, die ein Aerogel aufweist.
Im Rahmen des Verfahrens der Herstellung eines Motorbauteils wird eine derartige Schicht ausgebildet oder Beschichtung aufgebracht.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Motorbauteil, wie z. B. einen Kolben, eine Zylinderlaufbuchse oder ein sonstiges, den Brennraum eines Verbrennungsmotors begrenzendes Motorbauteil, sowie Verfahren zur Herstellung derselben.
Auf dem Gebiet der Verbrennungsmotoren gibt es Bestrebungen, Wandwärmeverluste zu verringern und dadurch den Wirkungsgrad zu steigern. Im Wesentlichen wird versucht, den Brennraum möglichst gut zu isolieren oder ”wärmedicht” zu machen. Bislang bestand jedoch das Problem, dass die zusätzlich zur Verfügung stehende Wärmeenergie zu einer Enthalpieerhöhung im Abgas führte.
Stand der Technik
Die vor dem obigen Hintergrund eingesetzten keramischen Bauteile oder Einsätze waren nicht verwendbar, da sie den Anforderungen an die mechanische Festigkeit nicht entsprachen.
Die GB 821822 A beschreibt einen Motor, der nach dem Stirling- oder Ericssonprozess arbeitet und einen hohlen Verdrängungskolben aufweist, der mit einem Silicataerogel gefüllt sein kann.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kolben, eine Zylinderlaufbuchse oder ein sonstiges, den Brennraum eines Verbrennungsmotors begrenzendes Motorbauteil zu schaffen, der/die/das im Hinblick auf die mechanische Festigkeit den Anforderungen entspricht und zugleich eine erhöhte Wärmeisolationseigenschaft aufweist. Ferner soll ein Verfahren zur Herstellung derselben zur Verfügung gestellt werden.
Die zu lösende Aufgabe erfolgt zum Einen durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1. Hierbei handelt es sich um einen Kolben, eine Zylinderlaufbuchse oder ein sonstiges, den Brennraum eines Verbrennungsmotors begrenzendes Motorbauteil. Der Einfachheit halber werden die erfindungsgemäßen Kolben und Zylinderlaufbuchsen nachfolgend ebenfalls als Motorbauteil bezeichnet.
Dieses zeichnet sich dadurch aus, dass es eine zu dem Brennraum gerichtete Schicht, bevorzugt eine äußerste Schicht, oder eine Beschichtung aufweist, die ein Aerogel enthält. Somit kann sich das Aerogel zum Einen in einer äußeren Schicht des Motorbauteils finden. Zum Anderen kann das Aerogel als gesonderte Beschichtung auf ein Motorbauteil aufgebracht sein. Aerogele sind hochporöse Materialien mit niedriger Dichte, die durch Ausbildung eines Gels und anschließender Entfernung der Flüssigkeit unter weitgehender Erhaltung der Gelstruktur hergestellt werden. Bis zu 95% des Volumens können aus Poren bestehen. Ihre Struktur ist stark dendritisch, mit anderen Worten eine Verästelung von Partikelketten mit zahlreichen Zwischenräumen in Form von offenen Poren. Die Ketten weisen viele Kontaktstellen auf, so dass sich ein stabiles, schaumartiges Netz ergibt.
Im Zusammenhang mit der neuartigen Beschichtung eines Motorbauteils mit einem Aerogel ergibt sich der Vorteil, dass der gewünschte Effekt der Wärmeisolierung erreicht werden kann, ohne die Enthalpie im Abgas zu erhöhen, und gleichzeitig die mechanischen Anforderungen erfüllt werden.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
Die Eigenschaften der erfindungsgemäßen Schicht oder Beschichtung können dadurch weiter verbessert und an bestimmte Anwendungsfälle angepasst werden, dass die Schicht oder Beschichtung ferner eingelagerte Partikel, wie z. B. Kohlenstoff, SiC, SiO₂, TiO₂ oder WC aufweist.
Insbesondere können derartige Partikel die Eigenschaft aufweisen, dass die thermische Isolationswirkung gesteigert oder gesenkt wird, so dass die Beschichtung individuell and die Anforderungen angepasst werden kann.
Im Hinblick auf die Aufbringung der erfindungsgemäßen Schichtung bietet es ferner Vorteile, wenn diese ein Harz, wie z. B. ein Epoxid- oder Phenolharz aufweist. Hierdurch kann die Beschichtung flexibler und haftfester aufgebracht werden.
Die Lösung der oben genannten Aufgabe erfolgt zum Anderen durch das im Anspruch 5 beschriebene Verfahren. Die bevorzugten Ausgestaltungen des Verfahrens entsprechen zum Einen den bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Beschichtung. Ferner hat sich bei ersten Versuchen ergeben, dass sich das erfindungsgemäße Motorbauteil mit der neuartigen Beschichtung besonders gut durch Dick- oder Dünnschichttechniken ausbilden lässt.
Besonders bevorzugt werden in diesem Fall als Techniken das Spritzen, Tauchen, Dipcoating, Spachteln oder Verstreichen verwendet.
Gute Erfahrungen wurden bei ersten Versuchen auch mit einer Aufbringung der Beschichtung durch den Sol-Gel Prozess gemacht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- GB 821822 A [0004]

Claims

Kolben, Zylinderlaufbuchse oder sonstiges, den Brennraum eines Verbrennungsmotors begrenzendes Motorbauteil, mit einer zu dem Brennraum gerichteten Schicht oder Beschichtung, die ein Aerogel enthält.
Kolben, Zylinderlaufbuchse oder Motorbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht oder Beschichtung ferner eingelagerte Partikel, wie z. B. Kohlenstoff, SiC, SiO₂, TiO₂, oder WC aufweist.
Kolben, Zylinderlaufbuchse oder Motorbauteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel die Eigenschaft aufweisen, die thermische Isolationswirkung zu erhöhen oder zu senken.
Kolben, Zylinderlaufbuchse oder Motorbauteil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht oder Beschichtung ferner ein Harz, wie z. B. ein Epoxid- oder Phenolharz enthält.
Verfahren zur Herstellung eines Kolbens, einer Zylinderlaufbuchse oder eines sonstigen, den Brennraum eines Verbrennungsmotors begrenzenden Motorbauteils, bei dem eine zu dem Brennraum gerichtete Schicht ausgebildet ist oder eine Beschichtung aufgebracht wird, die ein Aerogel enthält.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung durch eine Dick- oder Dünnschichttechnik aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung durch Spritzen, Tauchen, Dipcoating, Spachteln oder Verstreichen aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung durch einen Sol-Gel Prozess aufgebracht wird.