DE10002440A1 - Zylinderlaufbuchse zum Eingießen in einen als Leichtmetall-Gußteil ausgebildeten Motorblock, Verbundgußteil daraus und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents
Zylinderlaufbuchse zum Eingießen in einen als Leichtmetall-Gußteil ausgebildeten Motorblock, Verbundgußteil daraus und Verfahren zu seiner HerstellungInfo
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zylinderlaufbuchse aus Grauguß, einem Aluminiumwerkstoff oder einem keramischen Material zum Eingießen in einen als Leichtmetall-Gußteil ausgebildeten Motorblock für einen Verbrennungsmotor, ein daraus herstellbares Verbundgußteil sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die Zylinderlaufbuchse auf ihrer dem Motorblock zugewandten Außenfläche eine Haftvermittlerschicht aufweist, welche aus einer Nickel-Aluminium-Legierung aus 80 bis 95 Gew.-% Nickel und 5 bis 20 Gew.-% Aluminium oder aus einer Nickel-Titan-Legierung aus 95 bis 99 Gew.-% Nickel und 1 bis 5 Gew.-% Titan besteht. Das resultierende Verbundgußteil ist im Bereich der Anbindung zwischen der Zylinderlaufbuchse und dem Motorblock frei von Trennungen oder Spalten.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zylinderlaufbuchse aus
Grauguß, einem Aluminiumwerkstoff oder einem keramischen Material
zum Eingießen in einen als Leichtmetall-Gußteil ausgebildeten Mo
torblock und ein Verbundgußteil daraus, wobei die Zylinderlauf
buchse in dem Verbundgußteil von dem Leichtmetall umgossen ist,
derart, daß eine Anbindung zwischen der Außenfläche der Zylinder
laufbuchse und dem Motorblock gegeben ist. Die vorliegende Erfin
dung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines derarti
gen Verbundgußteils.
Aus der DE 28 41 446 C2 ist ein Verfahren zur Herstellung eines
Verbundkörpers aus einem Metallteil und einer Leichtmetallguß
schicht bekannt, bei welchem auf das Metallteil eine Zwischen
schicht aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung durch
Hochtemperaturspritzen aufgebracht wird und anschließend die Guß
schicht aus einer Aluminiumlegierung gegossen wird.
Die DE 38 16 348 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von
Metall-Verbundgußwerkstücken, bei dem die zu beschichtende Ober
fläche eines Werkstückes aufgerauht und mit einer Koppelschicht
bspw. in Form einer niedrigschmelzenden Metallegierung wie einer
Nickelbasislegierung versieht. Anschließend wird das Werkstück
auf Fließtemperatur der Koppelschicht erwärmt und umgossen.
Die EP 0 807 479 A1 schließlich offenbart ein Verfahren zur Her
stellung eines Zylinderblocks, bei welchem die Zylinderlaufbuch
sen auf einen lost foam Kern aufgespritzt und mit einer Zwischen
schicht versehen werden, welche beim Gießen des Zylinderblocks
durch Ausgasen entfernt wird.
Diese Verfahren eignen sich zwar zur Herstellung verschiedener
Halb- oder Fertigfabrikate. Jedoch stellt sich im Automobilbau
bei der Herstellung von gegossenen Motorblöcken aus Leichtmetall
oder einer Leichtmetallegierung mit eingegossenen Zylinderlauf
buchsen aus einem anderen Material das Problem, daß Trennungen
oder Spalten zwischen der Außenwand der Zylinderlaufbuchse und
dem umgossenen Material oder Umguß auftreten, die sich auch bei
Anwendung dieser bekannten Verfahren nicht vermeiden lassen, de
ren Bildung vielmehr beim Ausgasen einer Zwischenschicht sogar
noch gefördert wird. Diese Trennungen oder Spalten können sehr
großflächig sein und bis zu 85% der Gesamtfläche einnehmen. Au
ßerdem können die Zylinderlaufbuchsen vor dem Einbringen in die
Gußform für den Motorblock nicht erwärmt werden, um die Kopp
lungsschicht auf Fließtemperatur zu bringen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Zylinder
laufbuchse und ein Verbundgußteil der o. g. Art sowie ein Verfah
ren zur Herstellung eines derartigen Verbundgußteils zur Verfü
gung zu stellen, bei welchem eine von Trennungen oder Spalten
freie Anbindung der Zylinderlaufbuchse an den Motorblock möglich
ist.
Die Lösung besteht in einer Zylinderlaufbuchse mit den Merkmalen
des Anspruchs 1, einem Verbundgußteil mit den Merkmalen des An
spruchs 5 sowie einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs
9. Erfindungsgemäß ist also vorgesehen, daß die Zylinderlaufbuch
se auf ihrer dem Motorblock zugewandten Außenfläche eine Haftver
mittlerschicht aufweist, welche aus einer Nickel-Aluminium-
Legierung aus 80 bis 95 Gew.-% Nickel und 5 bis 20 Gew.-% Alumi
nium oder aus einer Nickel-Titan-Legierung aus 95 bis 99 Gew.-%
Nickel und 1 bis 5 Gew.-% Titan besteht. Das erfindungsgemäße
Verbundgußteil zeichnet sich dadurch aus, daß im Bereich der An
bindung zwischen der Zylinderlaufbuchse und dem Leichtmetall-
Gußteil eine Haftvermittlerschicht aus einer Nickel-Aluminium-
Legierung aus 80 bis 95 Gew.-% Nickel und 5 bis 20 Gew.-% Alumi
nium oder aus einer Nickel-Titan-Legierung aus 95 bis 99 Gew.-%
Nickel und 1 bis 5 Gew.-% Titan vorgesehen ist, wobei der Bereich
der Anbindung frei von Trennungen oder Spalten ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß
- - zunächst eine oder mehrere Zylinderlaufbuchsen hergestellt wer den,
- - eine Haftvermittlerschicht aus einer Nickel-Aluminium-Legierung aus 80 bis 95 Gew.-% Nickel und 5 bis 20 Gew.-% Aluminium oder aus einer Nickel-Titan-Legierung aus 95 bis 99 Gew.-% Nickel und 1 bis 5 Gew.-% Titan mittels Lichtbogendrahtspritzen oder Flammdrahtspritzen auf die dem Motorblock zugewandte Außenflä che der Zylinderlaufbuchse aufgespritzt wird,
- - eine oder mehrere so beschichtete Zylinderlaufbuchsen in eine Gießform für den Motorblock eingebracht werden und
- - zur Herstellung des Verbundgußteils umgossen werden.
Der überraschende Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht dar
in, daß Zylinderlaufbuchsen aus verschiedenen Materialien, nämlich
aus Grauguß, einem Aluminiumwerkstoff oder einem keramischen
Werkstoff verarbeitet werden können und daß die Zusammensetzung
der Nickel-Aluminiumlegierung oder der Nickel-Titan-Legierung ei
ne feste und gleichmäßig gute Anbindung zwischen diesen Materia
lien und dem umgossenen Material des Motorblocks gewährleistet.
Darüber hinaus treten im Bereich der Anbindung keine Spalten oder
Trennungen auf. Die Haftvermittlerschicht weist somit immer höhe
re Bindungskräfte zwischen dem Material der Zylinderlaufbuchse
und dem umgossenen Material auf als diejenigen Bindungskräfte,
die unmittelbar zwischen dem Material der Zylinderlaufbuchse und
dem umgossenen Material vorliegen.
Durch den besseren Verbund zwischen der Zylinderlaufbuchse und
dem umgossenen Material (Umguß) entsteht ein starres, mechanisch
stabiles System, welches insbesondere die folgenden Vorteile auf
weist:
- - Die thermische Kopplung zwischen Zylinderlaufbuchse und Umguß ist verbessert. Dadurch wird eine Überhitzung vermieden, welche die Festigkeit der Zylinderlaufbuchse herabsetzen würde.
- - Aufgrund des festen Verbundes haben Wachstumserscheinungen des Umgusses gegenüber der Zylinderlaufbuchse keine negativen Aus wirkungen.
- - Es werden keine Setzerscheinungen als Folge der beim Anziehen der Zylinderkopfschrauben auftretenden mechanischen Belastung beobachtet.
- - Es wird kein Verzug beobachtet, das heißt, die Form der Zylin der bleibt auch unter Einwirkung der statischen und dynamischen Kräfte auf die Zylinder während des Motorlaufs stabil. Dadurch wird der Blowby verringert und der Ölverbrauch des Verbren nungsmotors verringert.
Diese Vorteile begünstigen die Einhaltung der strengeren Abgas
vorschriften nach der "Euronorm 2003".
Ein Vorwärmen der Zylinderlaufbuchsen vor dem Umgießen ist nicht
notwendig. Die Haftvermittlerschicht kann in festem Zustand um
gossen werden.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprü
chen. Die Haftvermittlerschicht weist, insbesondere eine Dicke von
50 bis 200 µm, vorzugsweise von 100 µm auf und wird bevorzugt
mittels Lichtbogendrahtspritzen oder Flammdrahtspritzen auf die
Außenfläche der Zylinderlaufbuchse aufgebracht.
Die Zylinderlaufbuchse kann in an sich bekannter Weise aus Grau
guß oder einem Aluminiumwerkstoff, vorzugsweise einer an Si übe
reutektischen Al-Si-Legierung wie sie bspw. unter den Handelsna
men Silitec 5, Alusil etc. bekannt sind, gefertigt sein. Die Zy
linderlaufbuchse kann auch aus keramischen Werkstoffen, bspw.
Oxidkeramiken, Keramik-Metall-Verbundwerkstoffen, Siliziumcarbid
keramiken oder faserverstärkten SiC/SiC- oder C/SiC-Keramiken ge
fertigt sein.
Der Motorblock ist bspw. in an sich bekannter Weise aus Leichtme
tall oder einer Leichtmetallegierung, vorzugsweise einer untereu
tektischen Aluminiumlegierung, druckgegossen oder kokillengegos
sen.
Zum Flammdrahtspritzen oder Lichtbogendrahtspritzen werden bevor
zugt ein Draht bzw. zwei Drähte aus demselben Material wie die
Haftvermittlerschicht, also eine Nickel-Aluminium-Legierung aus
80 bis 95 Gew.-% Nickel und 5 bis 20 Gew.-% Aluminium oder eine
Nickel-Titan-Legierung aus 95 bis 99 Gew.-% Nickel und 1 bis 5 Gew.-%
Titan verwendet.
Zylinderlaufbuchsen von 140 mm Höhe und 93 mm Durchmesser aus dem
Werkstoff Silitec 5 wurden an ihrer Außenseite durch Sandstrahlen
gereinigt und durch Lichtbogendrahtspritzen mit einer 100 µm dic
ken Haftvermittlerschicht aus 95 Gew.-% Nickel und 5 Gew.-% Alu
minium bzw. aus einer Nickel-Titan-Legierung aus 95 bis 99 Gew.-%
Nickel und 1 bis 5 Gew.-% Titan überzogen. Nicht zu beschichtende
Randzonen der Außenfläche wurden vorher abgedeckt. Diese Zylin
derlaufbuchsen wurden in einen Motorblock aus einer üblichen un
tereutektischen Aluminiumlegierung in an sich bekannter Weise im
Druckgußverfahren eingegossen. Die resultierenden Verbundgußstüc
ke wiesen keine Trennungen oder Spalte zwischen den Zylinderlauf
buchsen und dem Umguß auf.
Claims (13)
1. Zylinderlaufbuchse aus Grauguß, einem Aluminiumwerkstoff oder
einem keramischen Material zum Eingießen in einen als Leichtme
tall-Gußteil ausgebildeten Motorblock für einen Verbrennungsmo
tor,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zylinderlaufbuchse auf ihrer dem Motorblock zugewandten
Außenfläche eine Haftvermittlerschicht aufweist, welche aus einer
Nickel-Aluminium-Legierung aus 80 bis 95 Gew.-% Nickel und 5 bis
20 Gew.-% Aluminium oder aus einer Nickel-Titan-Legierung aus 95
bis 99 Gew.-% Nickel und 1 bis 5 Gew.-% Titan besteht.
2. Zylinderlaufbuchse nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Haftvermittlerschicht eine Dicke von 50 bis 200 µm, vor
zugsweise von 100 µm aufweist.
3. Zylinderlaufbuchse nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Haftvermittlerschicht mittels Lichtbogendrahtspritzen
oder Flammdrahtspritzen auf die Außenfläche aufgebracht ist.
4. Zylinderlaufbuchse nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß sie aus einer an Si übereutektischen Al-Si-Legierung gefer
tigt ist.
5. Verbundgußteil aus einem als Leichtmetall-Gußteil ausgebilde
ten Motorblock für einen Verbrennungsmotor und mindestens einer
eingegossenen Zylinderlaufbuchse aus Grauguß, einem Aluminium
werkstoff oder einem keramischen Material, wobei die Zylinder
laufbuchse in dem Verbundgußteil von dem Leichtmetall umgossen
ist, derart, daß eine Anbindung zwischen der Außenfläche der Zy
linderlaufbuchse und dem Motorblock gegeben ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß im Bereich der Anbindung zwischen der Zylinderlaufbuchse und
dem Motorblock eine Haftvermittlerschicht vorgesehen ist, welche
aus einer Nickel-Aluminium-Legierung aus 80 bis 95 Gew.-% Nickel
und 5 bis 20 Gew.-% Aluminium oder aus einer Nickel-Titan-
Legierung aus 95 bis 99 Gew.-% Nickel und 1 bis 5 Gew.-% Titan
besteht und wobei der Bereich der Anbindung frei von Trennungen
oder Spalten ist.
6. Verbundgußteil nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Haftvermittlerschicht mittels Lichtbogendrahtpritzen oder
Flammdrahtspritzen auf die Außenfläche der mindestens einen Zy
linderlaufbuchse aufgebracht ist.
7. Verbundgußteil nach einem der Ansprüche 5 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die mindestens eine eingegossene Zylinderlaufbuchse aus einer
an Si übereutektischen Al-Si-Legierung gefertigt ist.
8. Verbundgußteil nach einem der Ansprüche 5 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Motorblock aus Leichtmetall oder einer Leichtmetallegie
rung, vorzugsweise einer untereutektischen Aluminiumlegierung,
druckgegossen oder kokillengegossen ist.
9. Verfahren zur Herstellung eines Verbundgußteils aus einem als
Leichtmetall-Gußteil ausgebildeten Motorblock für einen Verbren
nungsmotor und mindestens einer Zylinderlaufbuchse aus Grauguß,
einem Aluminiumwerkstoff oder einem keramischen Material,
gekennzeichnet durch
die folgenden Verfahrensschritte:
- - Herstellen der Zylinderlaufbuchse(n),
- - Aufbringen einer Haftvermittlerschicht aus einer Nickel- Aluminium-Legierung aus 80 bis 95 Gew.-% Nickel und 5 bis 20 Gew.-% Aluminium oder aus einer Nickel-Titan-Legierung aus 95 bis 99 Gew.-% Nickel und 1 bis 5 Gew.-% Titan auf die dem Mo torblock zugewandte Außenfläche der Zylinderlaufbuchse mittels Lichtbogendrahtspritzen oder Flammdrahtspritzen,
- - Einbringen einer oder mehrerer so beschichteter Zylinderlauf buchsen in eine Gießform für den Motorblock,
- - Umgießen der mindestens einen Zylinderlaufbuchse zur Herstel lung des Verbundgußteils.
10. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Haftvermittlerschicht in einer Dicke von 50 bis 200 µm,
vorzugsweise von 100 µm aufgetragen wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die mindestens eine Zylinderlaufbuchse aus einer an Si übe
reutektischen Al-Si-Legierung gefertigt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Motorblock aus Leichtmetall oder einer Leichtmetallegie
rung, vorzugsweise einer untereutektischen Aluminiumlegierung,
druckgegossen oder kokillengegossen wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß zum Flammdrahtspritzen oder Lichtbogendrahtspritzen ein bzw.
zwei Drähte verwendet werden, welcher aus einer Nickel-Aluminium-
Legierung aus 80 bis 95 Gew.-% Nickel und 5 bis 20 Gew.-% Alumi
nium oder aus einer Nickel-Titan-Legierung aus 95 bis 99 Gew.-%
Nickel und 1 bis 5 Gew.-% Titan besteht.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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