Verfahren zur Herstellung einer Zylinder-Laufbüchse für Kolbenmaschinen. Besonders beim Betrieb von hochgeladenen Verbrennungsmotoren zeigen sich starke Ab nützungen der Zylinderlaufbüchsen, und zwar insbesondere in dem dem Brennraum benach barten Teil der Büchsenlauffläche, wo sie zu weilen ein Ausmass erreichen, das eine ernste Gefährdung der hochgeladenen Verbrennungs- kraftmaschine darstellt.
Diesem Übelstand versucht man durch das Verchromen der Lauffläche der Zylinder büchse zu begegnen. Es hat sich aber in der Praxis gezeigt, dass das Hartverchromen eine überaus schwierige Prozedur ist und man nur zu oft feststellen muss, dass die Chromschicht abblättert. Dies ist schon deshalb nicht ver wunderlich, weil der Ausdehnungskoeffizient der Chromschicht und des Laufbüchsenmate- rials nicht derselbe ist.
Abgesehen hievon, hat die Art und Weise, in welcher die Aufbrin gung der Chromschicht erfolgt, einen Einfluss auf deren Eignung als Laufflächenschutz. Es sind daher auch eine ganze Menge Verfahren bekannt geworden, die in ihrer Vielfalt be weisen, dass auf diesem Gebiet noch eine fühl bare Lücke besteht.
Ein weiteres Mittel zur Herabsetzung der Lauffläehenabnützung ist die Verwendung von Nitrierstahl als Büchsenbaustoff. Die fertig bearbeitete Büchse wird durch einen Glühprozess mit Stickstoff in Berührung ge bracht, wodurch eine sehr harte Oberfläche erzielt wird, welche nur noch poliert werden kann, zumal die harte Schicht sehr dünn ist. Solche Büchsen werden in der Regel im Flug- motorenbau verwendet, wo die Herstellungs kosten eine untergeordnete Rolle spielen. Im Grossmotorenbau kommt eine solche Lösung aber mit Rücksicht auf die Kosten kaum in Frage.
Die vorliegende Erfindung befasst sich mit einer Lösung, welche besonders für den Bau von grösseren Motoren Vorteile bietet, indem sie die Herstellung von Zylinderlaufbüchsen aus grauem Gusseisen betrifft, z. B. aus jenem, das unter der Bezeichnung Spezial-Zylinder- guss bekannt geworden ist und das hervor ragende Laufeigenschaften aufweist. Nach der Erfindung wird beim Giessen dieser Büchsen an der als Lauffläche dienenden Innenpartie durch Abschrecken eine harte Zone erzeugt. Das graue Gusseisen wird dabei an dieser Stelle zu weissem Gusseisen, dessen Härte etwa dreimal grösser ist als diejenige des grauen Gusseisens.
Vorteilhaft wird nur die in der Nähe des Brennraumes befindliche Partie, die besonders grossen Abnützungen unterworfen ist, gehärtet.
In der Zeichnung sind Ausführungsbei spiele von nach dem erfindungsgemässen Ver fahren gegossenen Zylinderlaufbüchsen dar- ,gestellt, und zwar zeigen Fig.l. und 2 Laufbüchsenoberteile, Fig. 3 eine einteilige Laufbüchse für eine Gegenkolbenmaschine, Fig. 4 eine dreiteilige Laufbüchse eben falls für eine Gegenkolbenmaschine.
Im folgenden wird auch das Verfahren selbst beispielsweise erläutert. An dem Zylinder-Laufbüchsenoberteil nach Fig. 1 erstreckt sich die harte Zone 1 nur über einen Teil der ganzen Lauffläche 7. Die weiche Zone ist mit 2 bezeichnet. Das Mass 3 gibt die ungefähre Ausdehnung der gekreuzt schraffierten, harten Zone in der Zylinder- acbsrichtimg an.
Fig. 2 zeigt, dass es trotz der harten Zone 1 möglich ist, gebohrte, die Zylinderachse kreuzende Kanäle 4 bis unmittelbar unter die Lauffläche, zur wirksamen Kühlung derselben, vorzusehen. Die Kante 5 soll etwa die oberste Lage des ersten Kolbenringes im Totpunkt des nicht gezeichneten Arbeitskolbens an deuten.
Fig. 3 zeigt eine Ausführung für eine ein- teilige Zylinderlaufbüchse eines Zylinders mit gegenläufigen Kolben; die harte Zone er streckt sich dabei über eine Länge 6; die übri gen Bezugszeichen haben die gleiche Bedeu tung wie in. Fig. 1 und 2.
Fig. 4 zeigt eine Ausführung mit dreiteili ger Laufbüchse ebenfalls für eine Gegenkol- benmaschine. Der mittlere Teil 8 der Zylin derbüchse ist zwischen die beiden nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten äussern Laufbüchsenteile 9 eingebaut. Die harte Zone 1 an jedem der Büchsenteile hat die Länge 3.
Durch besondere Formgebung der Kokil len ist es möglich, den Verlauf des Härtevor ganges beliebig zu beeinflussen. Wird bei spielsweise die Kokille mit gegen den Brenn- raum hin zunehmender Dicke ausgeführt, so wird auch die Oberfläche der Büchse gegen den Brennraum hin härter.
Es ist so möglich, eine kontinuierliche Steigerung der Laufflä- chenhärte im angegebenen Sinne zu erreichen und damit auch die für den Betrieb hoch geladener Motoren umumgängliche Verbin dung von. guten Laufeigenschaften im untern Teil der Lauffläche mit grossem Widerstand gegen Abnützung im Teil gegen den Brenn- raum hin zu erzielen,
wo der Kolben während der Periode hoher Drücke nur geringe Ge schwindigkeit aufweist und die Wirksamkeit des Schmiermittels beeinträchtigt ist. Der Härtevorgang kann aber auch auf andere Art beeinflusst werden.
Die Bearbeitung der Zylinderlauffläche kann im weichen Teil 2 durch Drehen und im harten Teil 1 z. B. durch Schleifen er folgen. Das Hohnen , das der Fertigbearbei tung dient, kann für die ganze Büchse gleich zeitig erfolgen. Da die Tiefe der harten Schicht nach erfolgter Bearbeitung der Lauf fläche zweckmässig nur gering ist und an der tiefsten Stelle nur wenige oder sogar Bruch teile von Millimetern beträgt, kann die äussere Kontur der Laufbüchse, wo nötig, durch Drehen nachgearbeitet werden. Die Tiefe der harten Schicht kann an verschiedenen Stellen der Büchse verschieden sein. Mit Vorteil wird dafür gesorgt, z.
B. durch entsprechendes Formen der Kokille, dass die Büchse in der abgeschreckten Zone 1 nur eine kleine Bear beitungszugabe erhält, um unnötige Schleif arbeit zu ersparen.
Während die Härte der Oberfläche der Graugussbüchse an den ungehärteten Stellen etwa 200 Härtegrade nach Vickers beträgt, weist die harte Partie aus weissem Gusseisen etwa 550 bis 650 Härtegrade auf. Demgegen über weist eine hartverchromte Lauffläche etwa 1100 und eine nitrierte Oberfläche<B>1000</B> bis 1200 Härtegrade nach Vickers auf.
Process for the production of a cylinder liner for piston engines. Particularly in the operation of charged internal combustion engines, strong wear and tear of the cylinder liners are evident, especially in the part of the liner running surface adjacent to the combustion chamber, where they sometimes reach an extent that represents a serious risk to the charged internal combustion engine.
Attempts are made to counteract this inconvenience by chrome plating the running surface of the cylinder liner. However, it has been shown in practice that hard chrome plating is an extremely difficult procedure and one only has to find out too often that the chrome layer is peeling off. This is not surprising because the expansion coefficient of the chrome layer and the liner material are not the same.
Apart from this, the way in which the chrome layer is applied has an influence on its suitability as a contact surface protection. A large number of methods have therefore become known which, in their diversity, prove that there is still a noticeable gap in this area.
Another means of reducing tread wear is the use of nitrided steel as a liner material. The finished liner is brought into contact with nitrogen through an annealing process, which results in a very hard surface that can only be polished, especially since the hard layer is very thin. Such bushings are usually used in aircraft engine construction, where production costs play a subordinate role. In large engine construction, however, such a solution is hardly an option given the cost.
The present invention is concerned with a solution which is particularly advantageous for the construction of larger engines in that it relates to the production of cylinder liners from gray cast iron, e.g. B. from the one that has become known as special cylinder casting and that has excellent running properties. According to the invention, when these bushings are cast, a hard zone is produced by quenching on the inner part serving as the running surface. The gray cast iron becomes white cast iron at this point, the hardness of which is about three times greater than that of the gray cast iron.
Advantageously, only the part in the vicinity of the combustion chamber that is subject to particularly high levels of wear is hardened.
In the drawing, Ausführungsbei are games of the inventive method cast cylinder liners are shown, namely Fig.l. and 2 liner upper parts, Fig. 3 is a one-piece liner for an opposed piston machine, Fig. 4 is a three-part liner for an opposed piston machine.
The method itself is also explained below, for example. On the cylinder liner upper part according to FIG. 1, the hard zone 1 extends only over part of the entire running surface 7. The soft zone is denoted by 2. The dimension 3 indicates the approximate extent of the cross-hatched, hard zone in the cylinder direction.
FIG. 2 shows that, despite the hard zone 1, it is possible to provide drilled channels 4 crossing the cylinder axis as far as directly below the running surface for effective cooling of the same. The edge 5 is intended to indicate approximately the top layer of the first piston ring at the dead center of the working piston, not shown.
3 shows an embodiment for a one-piece cylinder liner of a cylinder with pistons rotating in opposite directions; the hard zone he stretches over a length 6; the rest of the reference numerals have the same meaning as in. FIGS. 1 and 2.
4 shows an embodiment with a three-part liner also for an opposed piston machine. The middle part 8 of the Zylin derbüchse is installed between the two outer liner parts 9 produced by the method according to the invention. The hard zone 1 on each of the liner parts is 3 in length.
Due to the special shape of the molds, it is possible to influence the course of the hardening process as required. If, for example, the mold is designed with a thickness that increases towards the combustion chamber, then the surface of the liner becomes harder towards the combustion chamber.
It is thus possible to achieve a continuous increase in the hardness of the running surface in the sense indicated, and thus also the connection between. to achieve good running properties in the lower part of the running surface with great resistance to wear in the part towards the combustion chamber,
where the piston has low speed during the period of high pressures and the effectiveness of the lubricant is impaired. The hardening process can also be influenced in other ways.
The machining of the cylinder surface can be done in the soft part 2 by turning and in the hard part 1 z. B. by grinding he follow. The honing, which is used for finishing, can be done simultaneously for the whole can. Since the depth of the hard layer after machining the running surface is only useful and only a few or even fractions of millimeters at the deepest point, the outer contour of the liner can be reworked by turning where necessary. The depth of the hard layer can be different at different points on the liner. It is advantageously ensured, e.g.
B. by appropriate shaping of the mold that the bushing in the quenched zone 1 only receives a small Bear processing allowance to save unnecessary grinding work.
While the hardness of the surface of the gray cast iron sleeve at the unhardened areas is around 200 degrees of hardness according to Vickers, the hard part made of white cast iron has around 550 to 650 degrees of hardness. In contrast, a hard chrome-plated running surface has about 1100 and a nitrided surface <B> 1000 </B> to 1200 degrees of hardness according to Vickers.