AT4434U1

AT4434U1 - Laufbuchse für eine hubkolbenmaschine sowie verfahren zu deren herstellung

Info

Publication number: AT4434U1
Application number: AT0051000U
Authority: AT
Inventors: Franz Dr Langmayr
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 2000-07-13
Filing date: 2000-07-13
Publication date: 2001-07-25

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer durch Sprühkompaktieren gefertigten Laufbuchse (1) für eine Hubkolbenmaschine, wobei die Laufbuchse (1) durch Aufsprühen eines Laufbuchsenwerkstoffes (3) auf einen zylindrischen Dorn geformt und nach der Formgebung vom Dorn entfernt wird, wobei während des Herstellungsvorganges der Laufbuchsenwerkstoff (3) verändert wird. Um eine belastungsgerecht aufgebaute Laufbuchse (1) zu schaffen, ist vorgesehen, dass die Veränderung des Laufbuchsenwerkstoffes (3) während des Sprühvorganges in Richtung der Laufbuchsenachse (8) erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer durch Sprühkompa k- tieren gefertigten Laufbuchse für eine Hubkolbenmaschine, wobei die Laufbuch e durch Aufsprühen eines Laufbuchsenwerkstoffes auf einen zylindrischen Do n geformt und nach der Formgebung vom Dorn entfernt wird, wobei während d s Herstellungsvorganges der Laufbuchsenwerkstoff verändert wird.

Aus der US 5, 829, 405 A ist eine durch Sprühkompaktieren gefertigte Laufbuch e bekannt, welche durch Aufsprühen eines Laufbuchsenwerkstoffes auf einen zylindrischen, rotierenden Dorn aufgesprüht wird. Die Sprüheinrichtung wird dabei in axialer Richtung bewegt. Auf diese Weise lassen sich mehrere Schichten mit in radialer Richtung unterschiedlichen Werkstoffen auftragen. Die innere Schic t, welche die Lauffläche für die Kolbenringe bildet und den Brennraum definiert, wird als Molybdän-Schicht ausgeführt. An diese schliesst radial eine Zwischenschicht aus einer Kobaltlegierung mit niedrigem Schmelzpunkt an. Auf die Z ischenschicht folgt eine Aussenschicht, welche aus einer Aluminiumlegierung besteht. Die bekannte Laufbuchse weist nur in radialer, nicht aber in axialer Richtung unterschiedliche Eigenschaften auf.

Bei einer Hubkolbenmaschine, insbesondere bei einer Brennkraftmaschine wi d die Laufbuchse in axialer Richtung unterschiedlich beansprucht, weshalb die An-
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i-spielsweise der Bereich des oberen Kolbentotpunktes der Laufbuchse einem erhöhten Verschleiss ausgesetzt. Im mittleren Bereich treten die höchsten Kolbengeschwindigkeiten auf, weshalb hier besonders gute Gleiteigenschaften wünscht sind. Der Bereich des unteren Kolbentotpunktes dagegen ist besonders korrosionsgefährdet. Bisher wurden Laufbuchsen über ihre gesamte Höhe b j- spielsweise auf die im oberen Kolbentotpunkt erforderliche maximale Ver- schleissfestigkeit ausgelegt, wodurch einerseits die Bedürfnisse in anderen LaLfbuchsenbereichen vernachlässigt und andererseits in effiziente Werkstoffzusan- mensetzungen verwendet wurden.

Weiters ist aus der US 5, 598, 818 A ein Verfahren zur Herstellung einer Zylinderbuchse für eine Brennkraftmaschine bekannt, bei der der Laufbuchsenwerkstoff auf die innere Mantelfläche eines rotierenden Rohres gespritzt wird. Auf die e Weise lässt sich eine Laufbuchse mit mehreren radialen Schichten aus unter- schiedlichem Werkstoff herstellen. Die Laufbuchse muss nachträglich allerdings einer Nachbehandlung unterzogen werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine belastungsgerecht aufgebaute Laufbuchse zu schaffen.

Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass die Veränderung des Laufbuchsenwerkstoffes während des Sprühvorganges in Richtung der Laufbuchsenachse erfolgt. Die Eigenschaften des Laufbuchsenwerkstoffes können sich dabei in Richtung der Laufbuchsenachse kontinuierlich oder schrittweise verändern.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass während des Sprühvorganges die Zusammensetzung des Laufbuchsenwerkstoffes variiert wird. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen, dass während des Sprühvorganges die Mikrostruktur des Laufbuchsenwerkstoffes variiert wird.

Weiters kann die Laufbuchse mit einem Laufbuchsenwerkstoff ausgeführt sein, dessen Eigenschaften sich auch in radialer Richtung gradiell verändern. Auch eine Schalenstruktur ist möglich.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass der Laufbuchsenwerkstoff einer inneren Mantelfläche der Laufbuchse im Bereich des oberen Kolbentotpunktes der Laufbuchse auf grösstmögliche Ver- schieissfestigkeit ausgelegt wird. Auf diese Weise kann der Verschleiss der Laufbuchse am oberen Totpunkt des Kolbens effizient reduziert werden. Eine Verbesserung der Verschleisseigenschaften kann beispielsweise durch Erhöhung des Sili- ciumgehaltes in einer Aluminiummatrix erreicht werden.

Um insbesondere im Bereich der höchsten Kolbengeschwindigkeiten die Gleiteigenschaften der Laufbuchse zu erhöhen, ist es besonders vorteilhaft, wenn der Laufbuchsenwerkstoff der inneren Mantelfläche der Laufbuchse vorzugsweise in einem an den oberen Kolbentotpunkt anschliessenden Bereich hinsichtlich maximaler Gleiteigenschaften ausgelegt wird. Die Verbesserung der Gleiteigenschaften kann durch Zugabe von Hartschmierstoffen oder durch die Einbringung definierter Porosität erzielt werden.

In weiterer Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Laufbuchsenwerkstoff der inneren Mantelfläche der Laufbuchse im Bereich des unteren Kolbentot- punktes hinsichtlich hoher Korrosionsbeständigkeit ausgelegt wird. Die Korrosion der Laufbuchse kann in an sich bekannter Weise durch entsprechende Zugaben behindert werden.

Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert.

Es zeigen Fig. 1 eine schematische Darstellung eines bekannten Herstellungverfahrens für eine Laufbuchse eines Zylinders einer Hubkolbenmaschine uid Fig. 2 eine erfindungsgemässe Laufbuchse.

Fig. 1 zeigt ein bekanntes Herstellungsverfahren für eine Laufbuchse 1 für eine Brennkraftmaschine. Dabei wird durch eine Sprüheinrichtung 2 der geschmolzene Laufbuchsenwerkstoff 3 auf einen rotierenden Dorn 4 aufgesprüht. Der Dorn 4 wird durch die Antriebseinrichtung 5 um die Achse 6 gedreht. Die Sprüheinri h- tung 2 wird entsprechend dem Pfeil 7 in Längsrichtung der Achse 6 verschoben. Durch Veränderung der Zusammensetzung des Laufbuchsenwerkstoffes kann ie in Fig. 2 dargestellte Laufbuchse 1 mit mehreren radialen Schichten A, B, C a s- geführt werden, welche unterschiedliche Eigenschaften aufweisen.

Entsprechend der Erfindung wird die Laufbuchse 1 nicht nur mit radial verän- dernden Eigenschaften, sondern auch mit entlang der Laufbuchsenachse 8 ver- ändernden Eigenschaften ausgeführt. Um dies zu erreichen, wird die Zusammensetzung oder die Mikrostruktur des gesprühten Werkstoffes entsprechend den unterschiedlichen Belastungen der Laufbuchse 8 axial variiert. Im Bereich 9 des oberen Kolbentotpunktes der Laufbuchse 1 wird der Laufbuchsenwerkstoff 3 cabei mit möglichst hoher Verschleissfestigkeit ausgeführt, also beispielsweise cer Siliciumgehalt einer Aluminiummatrix der inneren Mantelfläche 12 der Laufbuchse 1 erhöht. 1 erhöht.

In einem mittleren Bereich 10 der Laufbuchse 1, in welchem die höchsten K 1bengeschwindigkeiten auftreten, werden gezielt die Gleiteigenschaften, bai- spielsweise durch Zugabe von Hartschmierstoffen oder durch Einbringung definierter Porosität erhöht. Im Bereich 11 des unteren Kolbentotpunktes dagegen kann es von Interesse sein, die Korrosion der Laufbuchse 1 durch entsprechende korrosionshindernde Zugaben zu behindern.

Die Variation der Zusammensetzung und/oder Mikrostruktur des gesprühten Laufbuchsenwerkstoffes 3 kann kontinuierlich oder stufenweise erfolgen. Da ei können mehr oder weniger grosse Übergangsbereiche auftreten. Durch die bereits bei der Herstellung der Laufbuchse 1 definierten Oberflächeneigenschaften kennen aufwendige Nachbehandlungsschritte, beispielsweise Hohnen, etc. wesentl ch verringert oder sogar vermieden werden, wodurch sich die Fertigung wesentl ch vereinfacht.

Claims

ANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Herstellung einer durch Sprühkompaktieren gefertigten Lauf- buchse (1) für eine Hubkolbenmaschine, wobei die Laufbuchse (1) durch Aufsprühen eines Laufbuchsenwerkstoffes (3) auf einen zylindrischen Dorn geformt und nach der Formgebung vom Dorn entfernt wird, wobei während des Herstellungsvorganges der Laufbuchsenwerkstoff (3) verändert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung des Laufbuchsenwerk- stoffes (3) während des Sprühvorganges in Richtung der Laufbuchsenachse (8) erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verände- rung des Laufbuchsenwerkstoffes (3) kontinuierlich erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verände- rung des Laufbuchsenwerkstoffes (3) in konkreten Schritten erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass während des Sprühvorganges die Zusammensetzung des Laufbuch- senwerkstoffes (3) variiert wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass während des Sprühvorganges die Mikrostruktur des Laufbuchsenwerk- stoffes (3) variiert wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Laufbuchsenwerkstoff (3) auch in radialer Richtung der Laufbuchse (1) verändert wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Laufbuchsenwerkstoff (3) einer inneren Mantelfläche (12) der Laufbuchse (1) im Bereich (9) des oberen Kolbentotpunktes der Laufbuchse (1) auf grösstmögliche Verschleissfestigkeit ausgelegt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Laufbuchsenwerkstoff (3) der inneren Mantelfläche (12) der Lauf- buchse (1) vorzugsweise in einem an den oberen Kolbentotpunkt anschlie- ssenden Bereich (10) hinsichtlich maximaler Gleiteigenschaften ausgelegt wird. <Desc/Clms Page number 5> 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, EMI5.1 10.

Laufbuchse (1) für eine Hubkolbenmaschine, insbesondere Brennkraftrra- schine, welche durch Sprühkompaktieren hergestellt ist, wobei die Lauf- buchse (1) durch Aufsprühen eines Laufbuchsenwerkstoffes (3) auf einen zylindrischen Dorn geformt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die inn re Mantelfläche (12) der Laufbuchse (1) in Richtung der Laufbuchsenachse (8) unterschiedliche Eigenschaften aufweist.

11. Laufbuchse (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass Laufbuchse (1) in Richtung der Laufbuchsenachse (8) Bereiche mit unt r- schiedlicher Zusammensetzung des Laufbuchsenwerkstoffes (3) aufweist.

12. Laufbuchse (1) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufbuchse (1) in Richtung der Laufbuchsenachse (8) Bereich mit unterschiedlicher Mikrostruktur des Laufbuchsenwerkstoffes (3) aufweist.

13. Laufbuchse (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekten - zeichnet, dass der Laufbuchsenwerkstoff (3) in Richtung der Laufbuchse - achse (8) kontinuierlich variierend ausgeführt ist.

14. Laufbuchse (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Laufbuchsenwerkstoff (3) in Richtung der laufbuchsen- achse (8) schrittweise variierend ausgeführt ist.

15. Laufbuchse (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekendzeichnet, dass der Laufbuchsenwerkstoff (3) auch in radialer Richtung schrittweise oder kontinuierlich verändernd ausgeführt ist.

16. Laufbuchse (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekend- EMI5.2 aufweist.

17. Laufbuchse (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekten - zeichnet, dass die innere Mantelfläche (12) der Laufbuchse (1) einen Be- reich (10) mit maximalen Gleiteigenschaften aufweist, welcher vorzug weise direkt an den Bereich (9) des oberen Kolbentotpunktes anschliesst. <Desc/Clms Page number 6> 18. Laufbuchse (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Bereich (11) des unteren Kolbentotpunktes der inneren Mantelfläche (12) der Laufbuchse (1) eine höhere Korrosionsbeständigkeit aufweist als andere Bereiche (9,10) der inneren Mantelfläche (12) der Laufbuchse (1).