DE10147219A1

DE10147219A1 - Zylinderlaufbuchse einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10147219A1
Application number: DE10147219A
Authority: DE
Inventors: Klaus Land; Franz Rueckert; Peter Stocker
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Engels Hartmut Dipl-Ing 72649 Wolfschluge De; Herget Markus Dipl-Ing 70374 Stuttgart De; RUECKERT, FRANZ, DR.ING., 73760 OSTFILDERN, DE; Stocker Peter Dipl-Ing(fh) 71560 Sulzbach De
Priority date: 2001-09-24
Filing date: 2001-09-24
Publication date: 2003-04-17
Anticipated expiration: 2021-09-25
Also published as: JP3825732B2; DE10147219B4; JP2003120414A; US20030056645A1; US6640765B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zylinderlaufbuchse einer Brennkraftmaschine zum Eingießen in ein zu gießendes Kurbelgehäuse aus Leichtmetall. Um beim Eingießen der Zylinderlaufbuchse eine möglichst gute Anbindung der Zylinderlaufbuchse an den Umguss zu erreichen, wird vorgeschlagen, dass die Zylinderlaufbuchse im Bereich des oberen Totpunktes der Kolbenringe eines in der Buchse geführten Kolbens am Außenumfang eine Aktivierungsschicht aufweist, die aus einem Material besteht, das sich durch die Wärmeeinwirkung des flüssigen Gusses mit diesem schneller metallisch verbindet als der Buchsenwerkstoff, und dass die Zylinderlaufbuchse im Anschluss an den Bereich des oberen Totpunktes am Außenumfang eine rauhe Oberfläche aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zylinderlaufbuchse einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Eine gattungsgemäße Zylinderlaufbuchse ist aus der DE 40 20 268 C1 bekannt. Darin ist die Herstellung eines Zylinderblockes einer Brennkraftmaschine beschrieben, bei der eine Zylinderlaufbuchse in ein Kurbelgehäuse aus einer Aluminium-Legierung im Druck- oder Kokillen-Giessverfahren eingegossen wird. Um eine verbesserte Verbindung zwischen der Zylinderlaufbuchse und dem Umguss zu erreichen, wird die Außenseite der Zylinderlaufbuchse mit Rillen, kantigen Erhebungen und dergleichen versehen. Des weiteren weist in der dort gezeigten Figur die Zylinderlaufbuchse endseitig einen balkonartigen Rand auf, mittels dessen einem Setzen der Buchse im Motorbetrieb entgegengewirkt werden soll. Die hierzu erforderliche zu erzeugende als axiale Abstützung für den Rand dienende Hinterschneidung des Kurbelgehäuses ist jedoch zumindest im Druckgießverfahren nur sehr schwer zu erreichen, so dass die Erzielung einer Prozesssicherheit bei der Herstellung des Zylinderblockes bezüglich einer ausreichenden mechanischen Einbindung der Zylinderlaufbuchse im Kurbelgehäuse in dieser Hinsicht sehr fraglich ist.
Weiterhin ist es beim Eingießen der Zylinderlaufbuchse problematisch, dass das Anschmelzen der Buchse an den Umguss aufgrund der beim Giessen in Längsrichtung des Zylinders auftretenden unterschiedlichen Gießgeschwindigkeiten und Temperaturen und der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten des Buchsenmaterials und des Kurbelgehäusematerials nur unvollständig stattfindet, so dass es in völlig unerwünschter Weise zur Bildung von Spalten oder zur Anlage ohne ausreichende Bindung zwischen Buchse und Umguss, insbesondere dort, wo eine möglichst gute Anbindung der Buchse an den Umguss gerade notwendig ist, nämlich im Bereich des oberen Totpunktes des Zylinders, kommt.
Aufgrund der unzureichenden Anbindung der Buchse an den Umguss fehlt die erforderliche Dichtigkeit, was ein Diffundieren von Wasser aus dem Kühlwassermantel in den Ölsumpf des Kurbelgehäuses durch die Trennfläche von Buchse und Umguss zur Folge hat. Des weiteren ist dadurch der Wärmeübergang von der Buchse zum Wasserraum eingeschränkt. Infolge dessen kann die Verbrennungswärme nicht in ausreichendem Maße abgeführt werden, was im Motorbetrieb zu motorschädigenden Kolbenschmorern führt. Darüber hinaus gibt die schlechte Anbindung Anlass zu verbrennungsbedingten Vibrationen der Zylinderlaufbuchse in diesem Bereich, durch die die Buchse kontinuierlich gegen den Umguss schlägt, was sich in einem Klingeln akustisch äußert. Hierbei nimmt die Buchse auf die Dauer Schaden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Zylinderlaufbuchse dahingehend weiterzubilden, dass beim Eingießen der Zylinderlaufbuchse eine möglichst gute Anbindung der Zylinderlaufbuchse an den Umguss erreicht wird.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
Die Erfindung basiert auf der für den Fachmann überraschenden Erkenntnis, dass eine möglichst vollständige Anschmelzung der der Zylinderlaufbuchse an den Umguss lediglich im Bereich hoher Verbrennungsdrücke im Motorbetrieb, also im Bereich des oberen Totpunktes (OT-Bereich) eines in der Buchse geführten Kolbens, von grundlegender Wichtigkeit ist, während eine metallische Verklammerung der Buchse am Umguss nur im Anschlußbereich an den OT-Bereich vonnöten ist. Aufgrund der im Bereich des oberen Totpunktes (OT-Bereich) am Umfang der Zylinderlaufbuchse aufgebrachten Aktivierungsschicht wird beim Eingießen der Buchse in diesem Bereich eine nahezu vollständige Anschmelzung der Buchse am Umguß erreicht. Eine durchgängige metallische Anbindung der Buchse an den Umguß ist durch die bindungsvermittelnd wirkende Schicht somit gegeben. Dadurch können die bei der Verbrennung entstehenden radial wirkenden Kräfte schadlos aufgenommen und die Verbrennungswärme sehr gut zum Kühlwasserraum hin abgeleitet werden. Außerdem wird die gewünschte Dichtigkeit der Buchse im Umguß erreicht, wodurch kein Kühlwassser durch Spalte in den Ölsumpf des Kurbelgehäuses durchschwitzen kann. Um ein Setzen der Buchse zu vermeiden, wird diese anschließend an den OT- Bereich mit einer rauhen Oberfläche ausgebildet, so dass eine mechanische Verklammerung des Umgusses an der Buchse erfolgt, die die axial wirkenden Pressungskräfte des sich hin- und her bewegenden Kolbens ohne weiteres auffangen kann. Die erfindungsgemäße Buchse erfüllt somit die lokalen Anforderungen hinsichtlich der prozeßsicheren Kräfteübertragung und der Dichtigkeit. Eine Schwingungsanregung der Buchse, die zum Anschlagen am Umguss und dadurch zu unerwünschten Geräuschen und gegebenenfalls zu Beschädigungen der Buchse oder des Kurbelgehäuses führt, wird durch die Einstückigkeit mit dem Umguss im OT- Bereich verhindert.
Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteransprüchen entnommen werden; im übrigen ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles nachfolgend näher erläutert; dabei zeigt die Figur in einem seitlichen Längsschnitt eine erfindungsgemäße Zylinderbuchse im Kurbelgehäuse eingegossen.
In der Figur ist ein Ausschnitt eines Zylinderblockes einer Brennkraftmaschine dargestellt, bei dem eine Zylinderlaufbuchse 1 in einem Kurbelgehäuse 2 aus Leichtmetall, vorzugsweise aus Aluminium, eingegossen ist. Die Zylinderlaufbuchse 1 weist im Bereich 3 des oberen Totpunktes der Kolbenringe eines in der Buchse geführten Kolbens am Außenumfang 4 eine Aktivierungsschicht 5 auf, die aus einem Material besteht, das sich durch die Wärmeeinwirkung des flüssigen Gusses mit diesem schneller metallisch verbindet als der Buchsenwerkstoff, beispielsweise aus niedrigschmelzendem AlSi. Hierbei ist es wichtig, dass der Schmelzpunkt des Buchsenmaterials etwas höher liegt als der des Schichtmaterials, wobei dieser wiederum geringfügig höher oder gleich sein kann als der des Kurbelgehäusematerials (T_liqBuchse > T_liqSchicht ≥ T_{liqKurbelgehäuse}). Dadurch wird erreicht, dass das Buchsenmaterial und das der Aktivierungsschicht 5 unter der Hitzeeinwirkung des Gusses nicht gleich durchschmilzt und dass zuerst die Schicht 5 anschmilzt und dann erst das Buchsenmaterial die Anschmelzung erfährt. Bei einem Aluminium-Kurbelgehäuse 2 ist die Wahl einer Aluminiumlegierung für die Ausbildung der Schicht 5 besonders vorteilhaft, da aufgrund der Ähnlichkeit der Werkstoffe die metallische Anbindung zwischen der Schicht 5 bzw. somit der Buchse 1 und dem Kurbelgehäuse 2 begünstigt wird. Die Aktivierungsschicht 5 ist etwa 200 µm dick und wird auf den Außenumfang 4 der Zylinderlaufbuchse 1 in verfahrenstechnisch einfacher Weise aufgespritzt. Hierbei sind jedoch auch andere Aufbringungsarten denkbar, wie beispielsweise das Auftragsschweißen. Der gezeigte Stegbereich des Kurbelgehäuses 2 weist eine Kühlwassermulde 9 auf, die in ihrer Tiefe allein den gesamten OT-Bereich 3 abdeckt. Eine weitere Erstreckung der Mulde 9 in Richtung des unteren Totpunktbereiches 7 ist nicht notwendig, da die Hauptverbrennungswärme im OT- Bereich 3 entsteht und dort an das Kurbelgehäuse 2 abgegeben wird.
Im Anschluss an den Bereich 3 des oberen Totpunktes weist die Zylinderlaufbuchse 1 am Außenumfang 4 eine rauhe Oberfläche auf, wodurch die mechanische Verklammerung der Buchse 1 mit dem Kurbelgehäuse 2 erzielt wird. Dies kann in einfacher Weise schon erreicht werden, wenn die Zylinderlaufbuchse 1 aus Rauhguss besteht. In diesem Falle jedoch muss die Zylinderlaufbuchse 1 vor dem Aufbringen der Aktivierungsschicht 5 am Umfang 4 im Bereich 3 des oberen Totpunktes geglättet werden, da sonst die Haftung der Schicht 5 nicht gegeben ist. In einer Variante kann die Zylinderlaufbuchse 1 aus Grauguss oder Aluminium bestehen, wobei die rauhe Oberfläche durch eine mechanische Aufrauhung der Oberfläche beispielsweise durch Bestrahlen mit einem Strahlmittel wie Korund oder unter Hochdruck stehenden Wasserstrahlen entsprechend der Rauhigkeitsstruktur einer Rauhgußbuchse oder durch eine beispielsweise eingeprägte Rillierung 6 - wie im gezeigten Ausführungsbeispiel dargestellt - gebildet ist. Durch die Rillierung 6 wird eine besonders gute Verklammerung erreicht.
Am Außenumfang 4 der Zylinderlaufbuchse 1 ist auch im Bereich 7 des unteren Totpunktes eine Aktivierungsschicht 8 ausgebildet. Diese Schicht 8, die in gleicher Weise wie die Aktivierungsschicht 5 im Bereich 3 des oberen Totpunktes ausgebildet ist, dient zur Abdichtung Trennfläche zwischen Zylinderlaufbuchse 1 und Umguß gegenüber dem Ölsumpf.

Claims

1. Zylinderlaufbuchse einer Brennkraftmaschine zum Eingießen in ein zu gießendes Kurbelgehäuse aus Leichtmetall, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderlaufbuchse (1) im Bereich des oberen Totpunktes (3) der Kolbenringe eines in der Buchse geführten Kolbens am Außenumfang (4) eine Aktivierungsschicht (5) aufweist, die aus einem Material besteht, das sich durch die Wärmeeinwirkung des flüssigen Gusses mit diesem schneller metallisch verbindet als der Buchsenwerkstoff, und dass die Zylinderlaufbuchse (1) im Anschluß an den Bereich (3) des oberen Totpunktes am Außenumfang (4) eine rauhe Oberfläche aufweist.

2. Zylinderlaufbuchse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Kurbelgehäuses (2) aus Aluminium besteht und dass das Material der Aktivierungsschicht (5) sich aus AlSi zusammensetzt.

3. Zylinderlaufbuchse nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivierungsschicht (5) eine Spritzschicht ist.

4. Zylinderlaufbuchse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderlaufbuchse (1) aus Rauhguss besteht und am Umfang (4) im Bereich (3) des oberen Totpunktes geglättet ist.

5. Zylinderlaufbuchse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderlaufbuchse (1) aus Grauguß oder Aluminium besteht und dass die sich an den Bereich (3) des oberen Totpunktes anschließende rauhe Oberfläche durch eine Aufrauhung der Oberfläche entsprechend der Rauhigkeitsstruktur einer Rauhgußbuchse oder durch eine Rillierung (6) gebildet ist.

6. Zylinderlaufbuchse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass am Außenumfang (4) der Zylinderlaufbuchse (1) im Bereich (7) des unteren Totpunktes ebenfalls eine Aktivierungsschicht (8) ausgebildet ist.