Element zur gasdichten, unlösbaren Verbindung zweier Metallteile

Abstract

 Die vorliegende Erfindung betrifft ein Element zur formschlüssigen, gasdichten, unlösbaren Verbindung zweier Metallteile, insbesondere zur Verbindung von Zylinderkopf und Zylinderrohr einer Brennkraftmaschine. In einem der beiden zu verhindenden Teile befindet sich eine Nut, die mit dem Geganstück des zweiten Teils einen Ringraum bildet, der mit flüssigem Metall nach dem Druckgußverfahren ausgefüllt wird. Die so erreichte Verbindung der beiden Teile zeichnet sich durch hohe Festigkeit und durch freie Wahl des Gußwerkstoffs vorbestimmte Elastizität aus.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Element zur formschlüssigen, gasdichten, unlösbaren Verbindung zweier Metallteile, insbesondere Zylinderkopf und Zylinderrohr einer Brennkraftmaschine.

[0002] Die bisher bekannten Arten der Verbindung zweier Metallteile, wie z. B. Schweißen, Kleben oder Verschrauben, sind nur bedingt oder unter erheblichen Schwierigkeiten anwendbar, wenn die Teile aus unter- . schiedlichen Werkstoffen bestehen, wie z. B. Zylinderköpfe und Zylinderrohre von Brennkraftmaschinen, wobei die Zylinderköpfe aus einer Aluminiumgußlegierung und die Zylinderrohre aus einer Graugußlegierung hergestellt sind. Da sich die Zylinderköpfe aufgrund ihrer höheren Erwärmung und ihrer Materialeigenschaften stärker ausdehnen als die Zylinderrohre, können mit den bisher üblichen Verbindungsarten keine befriedigenden Ergebnisse erzielt werden.

[0003] Bei dem gewählten Beispiel Zylinderkopf - Zylinderrohr führen die üblichen Verbindungsarten aber auch bei gleichen Werkstoffen nicht zu befriedigenden Lösungen. Bei Schraubverbindungen beispielsweise treten Dichtigkeitsprobleme auf, außerdem führt die annähernd punktförmige Krafteinleitung zu inhomogenen Spannungsverteilungen in den Bauteilen. Schweißverfahren scheiden für die üblichen Werkstoffe von Zylinderkopf und Zylinderrohr aus und die Klebetechniken sind nicht oder nur bedingt anwendbar, da die geforderte Warmfestigkeit nicht erreicht Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verbindung von Metallteilen, insbesondere Zylinderkopf und Zylinderrohr einer Brennkraftmaschine, zu ermöglichen, die den angedeuteten Problemen gerecht wird und einfach und billig herzustellen ist.

[0004] Erfindungsgemäß gelöst wird die Aufgabe dadurch, daß sich in einem der beiden Teile eine Nut befindet, die mit dem Gegenstück des zweiten Teils, das in diese Nut eingreift, einen Ringraum bildet, der mit flüssigem Metall nach dem Druckgußverfahren einschlußfrei ausgefüllt ist. Hierdurch wird eine gasdichte, unlösbare Verbindung erreicht, die sich durch hohe Festigkeit auszeichnet und je nach verwendetem Druckgußwerkstoff eine gewisse Elastizität bietet, die die Dehnungsunterschiede zwischen den Teilen ausgleicht. Als Druckgußmaterial können je nach Verwendung der zu verbindenden Teile bekannte Druckgußwerkstoffe wie Zink, Aluminium, Magnesium und Kupferlegerungen, aber auch Grauguß, Sphäroguß und Stahl verwendet werden. Besonders vorteilhaft ist es, höher schmelzende Druckgußmaterialien zu verwenden,weil dann während des Ausgießvorgangs eine metallische Verbindung zwischen dem Füllstoff und den zu verbindenden Teilen entsteht.

[0005] In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Nut so ausgebildet ist, daß sie am Grund breiter ist als an der Öffnung und daß das Gegen-. stück, das in die Nut eingreift, am Kopf breiter ist als am Fuß, wobei der Kopf gerade so breit ist, daß er noch in die Nut eingeführt werden kann. Dadurch wirkt der eingefüllte Druckguß als Zwischenkeil und es wird ein sicherer Formschluß erreicht. Weiter wird vorgeschlagen, daß die Nut schräge Seitenwände hat, der Grund kreisbogenförmig ist und das Gegenstück die gleichen schrägen Seitenwände mit einem kreisbogenförmigen Kopf hat. Hierdurch wird ein einschlußfreies Ausgießen gewährleistet, da keine scharfen Ecken und Kanten vorhanden sind, an denen sich Verunreinigungen und Gasblasen festsetzen können. Außerdem werden durch das Vermeiden von scharfen Ecken und Kanten mögliche Ausgangspunkte von Rissen beseitigt, die sonst bei den großen mechanischen und thermischen Belastungen, die auf die Verbindung Zylinderkopf - Zylinderrohr bei einer Brennkraftmaschine einwirken, auftreten können. In weiterer Ausgestaltung können Nut oder Gegenstück oder Nut und Gegenstück in den schrägen Seitenwänden mit Einbuchtungen, Rillen oder dergl. versehen sein, um damit eine noch bessere Verklammerung zu erreichen. Bei dieser Art der Verbindung ist es vorteilhaft, mindestens je eine Einfüll- und Entlüftungsöffnung von dem gebildeten Ringraum ausgehend und nach außen verlaufend, vorzugsweise diametral angeordnet, vorzusehen. Beim Einschließen des schmelzflüssigen Materials werden die zu verbindenden Teile dann so positioniert, daß die Entlüftungsöffnung vertikal über der Einfüllöffnung liegt, um eine vollständige Füllung zu erreichen.

[0006] Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichungen verwiesen, in denen die Erfindung in drei Ausführungsbeispielen anhand der Verbindung Zylinderkopf - Zylinderrohr dargestellt ist.

[0007] Es zeigen:

Fig. 1 eine Zylinderkopf - Zylinderrohreinheit, bei der das in die Nut eingreifende Gegenstück und das Zylinderrohr in einem Stück gefertigt sind,

Fig. 2 eine Zylinderkopf - Zylinderrohreinheit, bei der das in die Nut eingreifende Gegenstück aus einem kurzen Stahlrohr besteht, das in das Zylinderrohr eingegossen ist,

Fig. 3 eine Zylinderkopf - Zylinderrohreinheit, bei der das in die Nut eingreifende Gegenstück aus einem in das Zylinderrohr integrierte Stahlrohr mit Flansch besteht.

[0008] In den Zeichnungen wird mit 1 ein im einzelnen nicht näher dargestellter Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine bezeichnet, der mit einem mit 5 bezeichneten und ebenfalls nicht näher dargestellten Zylinderrohr verbunden ist. In dem Zylinderkopf 1 befindet sich eine Nut (2), die dem Gegenstück 6 einen Ringraum bildet, der mit Druckguß ausgefüllt ist. Mit 3 ist eine Einfüllöffnung und mit 4 eine dazu diametral angeordnete Entlüftungsöffnung bezeichnet.

[0009] Bei der Ausführung nach Fig. 1 können bereits die Vorspannkräfte deutlich herabgesetzt werden, da die Dichtheit zwischen Zylinderkopf und Zylinderrohr, die nun eine Einheit bilden, bereits durch den Druckgußverband gewährleistet ist. Durch die Ausführung nach Fig. 2 wird durch das kurze in das Zylinderrohr eingegossene Stahlstützrohr zusätzlich die Festigkeit im oberen Teil des Zylinderrohres erhöht. Die in Fig. 3 dargestellte Ausführung erhöht die Festigkeit im Bereich des ganzen Zylinderrohres und erlaubt es außerdem, auf Vorspannung ganz zu verzichten. Dadurch können die sonst üblichen Zugankerschrauben entfallen und es genügen kurze Befestigungschrauben am Fuß der Zylinderkopf - Zylinderrohreinheit. Die Gefahr.der Verspannung des Zylinderrohrs wird so weitgehend vermieden.

Ansprüche

1. Element zur formschlüssigen, gasdichten und unlösbaren Verbindung zweier Metallteile, insbesondere Zylinderkopf und Zylinderrohr einer Brennkraftmaschine,
gekennzeichnet dadurch, daß sich in einem der beiden Teile eine Nut (2) befindet, die mit dem Gegenstück (6) des zweiten Teils, das in die Nut (2) eingreift, einen Ringraum bildet, der mit flüssigem Metall nach dem Druckgußverfahren ausgefüllt ist.

2. Element nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Nut (2) am Grund breiter ist als an der Öffnung.

3: Element nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß das Gegenstück (6) am Kopf breiter ist als am Fuß.

4. Element nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, daß die Nut (2) schräge Seitenwände hat und-der Grund kreisförmig ausgebildet ist.

5. Element nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, daß das Gegenstück (6) schräge Seitenwände hat und der Kopf kreisförmig ist. -2-

6. Element nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
gekennzeichnet dadurch, daß Nut (2) und Gegenstück (6) in den Seitenwänden Einbuchtungen, Rillen oder dergl. aufweisen.

7. Element nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
gekennzeichnet dadurch, daß mindestens je eine Einfüll- und Entlüftungsöffnung (3, 4) vom Ringraum ausgehend und nach außen verlaufend, vorzugsweise diametral angeordnet, vorgesehen ist.

8. Element nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
gekennzeichnet dadurch, daß das Gegenstück (6) mit dem Zylinderrohr (5) in einem Teil gefertigt ist oder aus einem Rohr oder Rohrstück besteht, das in das Zylinderrohr (5) eingegossen ist.

Zeichnung