DE102008005037A1 - Zylinderlaufbuchse für einen Verbrennungsmotor - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zylinderlaufbuchse für einen Verbrennungsmotor, deren kühlwasserseitige Oberfläche mit mindestens einer mehrkomponentigen Dispersionsschicht (2, 3) beschichtet ist, die aus einer weichen Metalllegierungsmatrix mit eingelagerten Hartstoffen besteht. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Zylinderlaufbuchse. Durch die Dispersionsschichten (2, 3) werden Schädigungen der Zylinderlaufbuchse durch Kavitationsvorgänge im Kühlwasser reduziert.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Zylinderlaufbuchse für einen Verbrennungsmotor.
  • Aus der DE 36 89 512 T2 ist ein thermisches Spritzpulver bekannt, das als Basismaterial Eisen und außerdem unter anderem Molybdän, Kupfer und Bor enthält. Aus dem Spritzpulver ist eine Eisenlegierung mit einer hohen Widerstandsfähigkeit gegen Verschleiß und Korrosion erzeugbar. Ferner ist aus derselben Schrift ein thermisches Spritzverfahren bekannt, mittels dessen ein Überzug aus dieser Legierung herstellbar ist.
  • Nasse Zylinderlaufbuchsen für heutige Nutzfahrzeugdieselmotoren bestehen in der Regel aus Grauguss, in dem Kohlenstoff in unterschiedlicher Morphologie vorkommt, beispielsweise in globularer oder vermicularer Form. Kühlwasserseitig sind Zylinderlaufbuchsen derzeit weitgehend unbehandelt.
  • Bei steigender Betriebsdauer und in Verbindung mit entsprechenden Betriebsbedingungen (längere Spitzenlasten bei ungenügender Wärmeabfuhr) treten an einer solchen Zylinderlaufbuchse Erosionserscheinungen infolge einer Kavitation durch kurzzeitige Dampfblasenbildung im Kühlwasser auf, die das Material nachhaltig schädigen können. Der Schadensmechanismus besteht insbesondere darin, dass durch Kavitation Kohlen stoffinseln aus dem Grauguss herausgebrochen werden und die Zylinderlaufbuchse dadurch instabil werden kann.
  • Diese Anfälligkeit von nassen Zylinderlaufbuchsen aus Grauguss für Erosion durch Kavitationsvorgänge ist seit längerem bekannt und steht in ursächlichem Zusammenhang mit der Struktur des Graugusses. Es ist bekannt, dass beispielsweise ein normal legierter Kohlenstoffstahl wesentlich weniger anfällig für Kavitationsschäden ist, da kein Ausbrechen von Kohlenstoffinseln möglich ist. Kolbenseitig sind solche Materialien infolge tribologischer Aspekte allerdings weniger gut geeignet als Materialien mit Kohlenstoffausscheidung wie Grauguss. Ein weiterer Nachteil von Kohlenstoffstahl gegenüber Grauguss ist die deutlich kostspieligere Herstellung von Kohlenstoffstahl.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Zylinderlaufbuchse mit einer hohen Widerstandsfähigkeit gegen Kavitationsschäden anzugeben.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Zylinderlaufbuchse mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen, sowie durch ein Verfahren mit den in Anspruch 4 angegebenen Merkmalen.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Die Erfindung sieht eine Zylinderlaufbuchse vor, deren kühlwasserseitige Oberfläche mit mindestens einer mehrkomponentigen Dispersionsschicht versehen ist, wobei die mindestens eine Dispersionsschicht aus einer Metalllegierung besteht, in die Hartstoffe eingelagert sind. Durch diesen Dispersionsaufbau der kühlwasserseitigen Oberfläche einer Zylinderlaufbuch se wird die mechanische Belastung der Zylinderlaufbuchse bei einer Kavitation, resultierend beispielsweise aus lokaler Dampfblasenbildung, reduziert, indem die Druck- oder Stoßwelle der Kavitation dissipiert wird. In dem Fall, dass sich trotzdem lokal ein Riss bildet, wird die Rissausbreitung durch die dispergierten Hartstoffpartikel gestoppt.
  • Ferner sieht die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Zylinderlaufbuchse vor, wobei die kühlwasserseitige Oberfläche der Zylinderlaufbuchse bevorzugt mittels eines thermischen Spritzverfahrens mit der genannten mindestens einen mehrkomponentigen Dispersionsschicht versehen wird. Die Verwendung eines thermischen Spritzverfahrens ist vorteilhaft, weil dabei sowohl Pulvermischungen für die Metalllegierung und die Hartstoffe als auch die jeweiligen Einzelpulver einsetzbar sind. Durch eine Variation der Spritzpulver während des Herstellungsprozesses ist in gewissen Grenzen die Morphologie der Dispersionsschichten einstellbar.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
  • Dabei zeigt:
  • 1 Schematisch eine perspektivische Darstellung einer Zylinderlaufbuchse.
  • 1 zeigt schematisch eine Zylinderlaufbuchse B in perspektivischer Darstellung. Die Zylinderlaufbuchse B umfasst einen inneren Mantel 1, der bevorzugt aus Grauguss gefertigt ist, so dass die kolbenseitige Oberfläche der Zylinderlaufbuchse B gute tribologische Eigenschaften hat.
  • An die kühlwasserseitige Oberfläche 4 des inneren Mantels 1 schließt sich eine erste mehrkomponentige Dispersionsschicht 2 an, die aus einer so genannten „weichen" Metalllegierung besteht, in die Hartstoffe eingelagert sind. Die Basismaterialien dieser weichen Metalllegierung sind bevorzugt Eisen und/oder Nickel und/oder Kobalt und die eingelagerten Hartstoffe sind bevorzugt Metall-Carbide, beispielsweise Wolframcarbid, Metall-Oxide, beispielsweise Al2O3, Metall-Nitride, beispielsweise Si3N4, und/oder Metall-Boride, beispielsweise Zirkon-Borid.
  • An die erste mehrkomponentige Dispersionsschicht 2 schließt sich kühlwasserseitig eine zweite mehrkomponentige Dispersionsschicht 3 an, die bevorzugt aus denselben Basismaterialien wie die erste mehrkomponentige Dispersionsschicht 2 besteht. Die zweite mehrkomponentige Dispersionsschicht 3 schließt in diesem Ausführungsbeispiel die Zylinderlaufbuchse B kühlwasserseitig ab und fungiert somit auch als Haftvermittlungsschicht zur Anbindung der Zylinderlaufbuchse B in den Motorblock.
  • Zur möglichst effektiven Reduzierung von Beschädigungen durch Kavitationsvorgänge sind die Dispersionsschichten 2 und 3 bevorzugt möglichst kompakt ausgeführt.
  • Die Aufbringung der ersten Dispersionsschicht 2 auf den inneren Mantel 1 der Zylinderlaufbuchse B, sowie der zweiten Dispersionsschicht 3 auf die erste Dispersionsschicht 2 erfolgt bevorzugt durch ein atmosphärische thermisches Spritzverfahren, beispielsweise Plasmaspritzen, Flammspritzen und/oder Hochgeschwindigkeitsflammspritzen. Insbesondere eignet sich Hochgeschwindigkeitsflammspritzen mit Spritzpulvern geringer Korngröße, beispielsweise einer Korngröße zwischen 1 μm und 10 μm, zur Herstellung von Dispersionsschichten 2, 3 großer Dichte.
  • Die bevorzugte Dicke der Dispersionsschichten beträgt 0,2 mm bis 0,3 mm.
    • 1
    Innerer Mantel einer Zylinderlaufbuchse
    2
    Erste mehrkomponentige Dispersionsschicht
    3
    Zweite mehrkomponentige Dispersionsschicht
    4
    Kühlwasserseitige Oberfläche des inneren Mantels der Zylinderlaufbuchse
    B
    Zylinderlaufbuchse
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 3689512 T2 [0002]

Claims (5)

  1. Zylinderlaufbuchse (B) für einen Verbrennungsmotor, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Zylinderlaufbuchse (B) kühlwasserseitig mit mindestens einer mehrkomponentigen Dispersionsschicht (2, 3) versehen ist.
  2. Zylinderlaufbuchse (B) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Dispersionsschicht (2, 3) aus einer Metalllegierung mit eingelagerten Hartstoffen besteht.
  3. Zylinderlaufbuchse (B) nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Metalllegierung jeder Dispersionsschicht (2, 3) als Basismaterial Eisen und/oder Nickel und/oder Kobalt enthält und dass die eingelagerten Hartstoffe Metall-Carbide und/oder Metall-Oxide und/oder Metall-Nitride und/oder Metall-Boride sind.
  4. Verfahren zur Herstellung einer Zylinderlaufbuchse (B) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Zylinderlaufbuchse (B) kühlwasserseitig mit mindestens einer mehrkomponentigen Dispersionsschicht (2, 3) versehen wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jede Dispersionsschicht (2, 3) durch atmosphärische thermische Spritzprozesse kühlwasserseitig auf den inneren Mantel (1) der Zylinderlaufbuchse (B) oder auf eine andere Dispersionsschicht (2, 3) aufgebracht wird.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014005096A1 (de) * 2014-04-08 2015-10-08 Mahle International Gmbh Zylinderlaufbuchse, Baueinheit sowie Verfahren zum Herstellen einer Zylinderlaufbuchse

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3689512T2 (de) 1985-11-22 1994-04-28 Perkin Elmer Corp Molybdän, Kupfer und Bor enthaltende Eisenlegierung.

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