DE102009021067A1 - Thin-walled insert for cylinder of piston engine i.e. internal combustion engine, has wall thickness ranging between specific mm at thinner end and between specific mm at thicker end - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einlage für eine Verbrennungskraftmaschine, die dazu bestimmt ist, in einen Zylinder einer Kolbenmaschine wie eines Verbrennungsmotors eingeklebt zu werden sowie eine Zylinderlaufbuchse, Zylinder und Motorblock einer Kolbenmaschine, sowie eine Verfahren zu deren Herstellung.The The present invention relates to a liner for an internal combustion engine, which is meant to be in a cylinder of a piston engine like an internal combustion engine to be glued and a cylinder liner, Cylinder and engine block of a piston engine, as well as a method too their production.
Herkömmlicherweise werden die Zylinder eines Motorblocks entweder unbehandelt gelassen, direkt beschichtet oder mit Zylinderlaufbuchsen versehen, um gewünschte Eigenschaften des Zylinders im Motorblock oder im Zylinder zu erreichen.traditionally, the cylinders of an engine block are left untreated, directly coated or provided with cylinder liners to desired Characteristics of the cylinder in the engine block or in the cylinder.
Es
ist bisher aus der Offenlegungsschrift
Aus
der
Die
Patentschrift
In
der Patentschrift
Ausgehend von den bekannten Erfordernissen die innere Oberfläche der Zylinder von Kolbenmaschinen wie beispielsweise Verbrennungskraftmaschinen zu optimieren, ist es wünschenswert, neue Methoden und Vorrichtungen zur Verfügung zu stellen, um die Eigenschaften von Zylinderlaufflächen günstig beeinflussen zu können.outgoing from the known requirements the inner surface the cylinder of piston engines such as internal combustion engines To optimize, it is desirable to new methods and Provide devices to the properties of cylinder surfaces favorably influence can.
Es ist ebenfalls wünschenswert, ein neues oder alternatives Verfahren bzw. eine neue oder alternative Vorrichtung zu haben, die eine Verbesserung der tribologischen Eigenschaften einer Zylinderlauffläche einer Kolbenmaschine ermöglicht.It is also desirable, a new or alternative To have a method or a new or alternative device the improvement of the tribological properties of a cylinder surface a piston machine allows.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine dünnwandige Einlage für einen Zylinder einer Verbrennungskraftmaschine bereitgestellt. Die dünnwandige Einlage für einen Zylinder einer Kolbenmaschine wie einer Verbrennungskraftmaschine, weist eine Wandstärke zwischen 0,8 und 0,2 mm auf, und ist durch thermisches Spritzen hergestellt.According to one Aspect of the present invention will be a thin-walled Insert for a cylinder of an internal combustion engine provided. The thin-walled insert for a cylinder a piston engine such as an internal combustion engine, has a wall thickness between 0.8 and 0.2 mm, and is through thermal spraying made.
Durch die vorliegende Erfindung kann eine dünnwandige Einlage für Zylinder von Kolbenmaschinen als Beschichtung für Zylinderlaufbuchsen geschaffen werden, die quasi als „selbstragendes Bauteil” ausgebildet ist. Im Gegensatz zu herkömmlichen Zylinderlaufbuchsen, ist die dünnwandige Einlage nicht im Stande, selbst die Belastungen im Betrieb beispielsweise eines Verbrennungsmotors aufzunehmen. Mit einer Wandstärke von weniger als einem Millimeter würde die dünnwandige Einlage bei Belastung mit den Drücken einer Verbrennung sofort bersten, wenn sie nicht durch eine Trägerstruktur wie einer Zylinderlaufbuchse, einem Zylinder oder einem Motorblock vollflächig gestützt wird. Die geringe Wandstärke bedingt zudem, dass auch die Reibungskräfte zwischen Kolben und der dünnwandigen Einlage auf den Zylinder übertragen werden sollten, was bevorzugt durch Einkleben der dünnwandigen Einlage in einen Zylinder bzw. eine Zylinderlaufbuchse erreicht werden kann.By The present invention may be a thin-walled insert for cylinders of piston engines as coating for Cylinder liners are created, which formed as a kind of "self-supporting component" is. In contrast to conventional cylinder liners, is the thin-walled insert unable, even the To absorb loads during operation, for example, an internal combustion engine. With a wall thickness of less than a millimeter would the thin-walled insert under load with the pressures A combustion burst immediately, if not through a support structure such as a cylinder liner, a cylinder or an engine block is supported over the entire surface. The small wall thickness conditionally also that the frictional forces between pistons and the thin-walled liner transferred to the cylinder should, which is preferred by gluing the thin-walled insert can be achieved in a cylinder or a cylinder liner.
In einer beispielhaften Ausführungsform ist die Außenfläche der dünnwandigen Einlage konisch geformt, wobei die Wandstärke am dünneren Ende zwischen 0,2 und 0,35 mm und am dickeren Ende zwischen 0,4 und 0,8 mm beträgt. Durch diese Ausgestaltung kann erreicht werden, dass sich die dünnwandige Einlage leichter in einen Zylinder oder in eine Zylinderlaufbuchse einkleben lässt. Weiterhin erleichtert eine konische Außenkontur der dünnwandigen Einlage die Verteilung eines Klebstoffes zum Einkleben der dünnwandigen Einlage zwischen der Einlage und einem Zylinder oder einer Zylinderlaufbuchse erheblich. Die dünnwandige Einlage weist eine im Wesentlichen zylindrische Innenfläche auf, während sich die Wandstärke bevorzugt von einem kurbelwellenseitigen Ende zu einem Zylinderkopfende um 0,05 bis 0,45 mm erhöht. Die Steigung der konischen Außenfläche der dünnwandigen Einlage kann beispielsweise bei einer dünnwandigen Einlage mit 100 mm Durchmesser und einer Höhe von 150 mm nicht mehr ohne weiters mit bloßem Auge erkannt werden. Die Richtung, in der sich die dünnwandige Einlage konisch verjüngt, ist einfacher an der Wandstärke der dünnwandigen Einlage zu erkennen.In an exemplary embodiment, the outer surface of the thin-walled insert is conically shaped, the wall thickness at the thinner end being between 0.2 and 0.35 mm and at the thicker end between 0.4 and 0.8 mm. By this configuration can be achieved that the thin Wall insert easier in a cylinder or in a cylinder liner glue. Furthermore, a conical outer contour of the thin-walled insert considerably facilitates the distribution of an adhesive for gluing the thin-walled insert between the insert and a cylinder or a cylinder liner. The thin-walled insert has a substantially cylindrical inner surface, while the wall thickness preferably increases by 0.05 to 0.45 mm from a crankshaft end to a cylinder head end. The slope of the conical outer surface of the thin-walled insert, for example, in a thin-walled insert with 100 mm diameter and a height of 150 mm can not be readily detected with the naked eye. The direction in which the thin-walled insert tapers conically is easier to recognize by the wall thickness of the thin-walled insert.
In einer anderen beispielhaften Ausführungsform weist die dünnwandige Einlage auf der Innenseite mindestens eine Beschichtung auf, ausgewählt aus der Gruppe von Fe, Eisen-Aluminium-Legierungen (FeAL), Kupfer-Aluminium (CuAl) und oder Aluminium-Silizium-Carbid (AlSiC). Die dünnwandige Einlage kann auch weitere Schichten wie beispielsweise Einlaufschichten, Verschleißschutzschichten oder dergleichen aufweisen, die bevorzugt vor dem Material der dünnwandigen Einlage auf den Kern gespritzt werden. Diese Ausführungsform ist darauf gerichtet, der dünnwandigen Einlage eine Schichtstruktur zu verleihen, bei der unterschiedliche Schichten bzw. Beschichtungen baumringartig übereinanderliegen. Es ist jedoch ebenfalls beabsichtigt, die Schichten nur in einem Abschnitt in Axialrichtung oder in Umfangsrichtung aufzubringen. In diesem Fall können unterschiedliche Schichten nebeneinander auf der Innenfläche der dünnwandigen Einlage nebeneinander liegen. Diese Ausführungsform ist besonders geeignet, beispielsweise Bereiche, in denen Zwickelverschleiß auftritt mit verschleißreduzierenden Schichten zu versehen.In another exemplary embodiment, the thin-walled insert on the inside at least one Coating on, selected from the group of Fe, iron-aluminum alloys (FeAL), copper-aluminum (CuAl) and or aluminum-silicon carbide (AlSiC). The thin-walled insert can also have more layers such as inlet layers, wear protection layers or the like, which preferably precedes the material of the thin-walled Insole be injected onto the core. This embodiment is directed to the thin-walled insert a layered structure to lend to the different layers or coatings tree-like superimposed. It is, however, too intends to apply the layers only in one section in the axial direction or Apply in the circumferential direction. In this case, you can different layers next to each other on the inner surface the thin-walled insert next to each other. This embodiment is particularly suitable, for example, areas where gusset wear occurs to be provided with wear-reducing layers.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der dünnwandigen Einlage für einen Zylinder einer Kolbenmaschine verändert sich die Porengröße und/oder die Porendichte auf der Innenseite der dünnwandigen Einlage in Längsrichtung und/oder Umfangsrichtung.In another exemplary embodiment of the thin-walled Insert for a cylinder of a piston engine changed the pore size and / or the pore density the inside of the thin-walled insert in the longitudinal direction and / or Circumferential direction.
Durch eine Gestaltung der Laufbahn der Einlage mit einer gezielt gesteuerten Porengröße und/oder Porendichte kann der Verschleiß der Zylinderlaufbahn der dünnwandigen Einlage über den Kolbenhub reduziert werden. Somit ist es möglich, den Zwickelbereich (d. h. der Bereich in dem Zwickelverschleiß auftritt) mit einer größeren Porengröße (d. h. mit Mikrodruckkammern) bzw. einer höheren Porendichte zu versehen und damit dem höheren Verschleiß durch größere Flächenpressung entgegenzuwirken. Der untere Zylinderbereich kann dagegen mit kleineren bzw. keinen Poren bzw. einer reduzierten Porendichte versehen sein. Die erhöhten Porengrößen bzw. Porendichten verbessern lokal die Öladhäsion, womit der hydrodynamische Druckaufbau zwischen Kolbenring und Zylinderwand verbessert wird. Dies führt zur Senkung des Zwickelverschleißes sowie zur Reduzierung der Reibleistung.By a design of the career of the insert with a targeted controlled Pore size and / or pore density can reduce the wear of the Cylinder run of the thin-walled insert over the piston stroke can be reduced. Thus, it is possible the Gusset area (i.e., the area in which gusset wear occurs) with a larger pore size (ie with micro-pressure chambers) or a higher pore density to provide and thus the higher wear through counteract larger surface pressure. The lower cylinder area, however, can with smaller or no Be provided pores or a reduced pore density. The raised Pore sizes and pore densities improve locally the oil adhesion, whereby the hydrodynamic pressure build-up between the piston ring and the cylinder wall is improved. this leads to to reduce the gusset wear as well as to reduce the frictional loss.
Durch eine Anpassung der Mikrostruktur (der Porositäten) innerhalb einer thermisch gespritzten Laufbahn, ist es möglich die Ölrückhaltevolumina zu beeinflussen. Damit kann der Ölverbrauch einer Verbrennungskraftmaschine optimiert werden, beispielsweise indem an besonders anfälligen Bereichen nahe des oberen Totpunktes Mikrodruckkammern den Schmiervorgang aufrechterhalten, während die Hohnoberfläche (zwischen den Totpunkten oder unterhalb des oberen Totpunktes) glatt und ohne Strukturierung ausgeführt ist. Der thermische Spritzprozess kann in weniger verschleißanfälligen Bereichen bzw. in Bereichen mit einem dickeren Ölfilm so eingestellt werden, dass keine Porositäten entstehen und somit das Ölrückhaltevermögen in diesen Bereichen stark reduziert ist.By an adaptation of the microstructure (porosities) within a thermally sprayed raceway, it is possible the oil retention volumes to influence. Thus, the oil consumption of an internal combustion engine be optimized, for example, by being particularly vulnerable Areas near top dead center micro-pressure chambers the lubrication process while the mocking surface (between the dead centers or below top dead center) smoothly and without Structuring is performed. The thermal spraying process can in less susceptible areas or be set in areas with a thicker oil film so that no porosities arise and thus the oil retention capacity is greatly reduced in these areas.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Zylinderlaufbuchse, ein Zylinder oder ein Motorblock für eine Kolbenmaschine, bereitgestellt die bzw. der, jeweils mindestens eine konische Zylinderinnenfläche, aufweisen, und die dazu bestimmt sind, das im Wesentlichen vollflächige Einkleben einer vorstehend beschriebenen dünnwandigen Einlage zu erleichtern. In einer Ausführungsform verjüngt sich die Innenfläche des mindestens einen Zylinders um 0,1 bis 0,6 mm, vorzugsweise um 0,2 bis 0,5 mm und weiter bevorzugt zwischen 0,3 und 0,4 mm. Eine derartig konische Zylinderinnenfläche einer Zylinderlaufbuchse, eines Zylinders oder eines Motorblocks würde unweigerlich zu Undichtigkeiten oder zum Verklemmen des Kolbens einer Kolbenmaschine führen.According to one Another aspect of the present invention is a cylinder liner, a cylinder or an engine block for a piston engine, provided the one or more, in each case at least one conical cylinder inner surface, and which are intended to be substantially full-surface Gluing a thin-walled insert described above to facilitate. In one embodiment, tapered the inner surface of the at least one cylinder around 0.1 to 0.6 mm, preferably 0.2 to 0.5 mm, and more preferably between 0.3 and 0.4 mm. Such a conical cylinder inner surface a cylinder liner, a cylinder or an engine block would inevitably lead to leaks or jamming lead the piston of a piston engine.
Gemäß einem zusätzlichen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Zylinderlaufbuchse, ein Zylinder oder ein Motorblock für eine Kolbenmaschine, mit mindestens einer Zylinderinnenfläche bereitgestellt, die mit einer schraubenförmigen Steigung versehen ist, um das im Wesentlichen vollflächige Einkleben einer vorstehend beschriebenen dünnwandigen Einlage zu erleichtern. In dieser Ausführungsform würde die Zylinderlaufbuchse, der Zylinder oder der Motorblock ohne den Einbau einer entsprechenden dünnwandigen Einlage nicht verwendbar sein, da ein etwaiger Kolben einer Kolbenmaschine sich in der schraubenförmigen Steigung verklemmen würde. Die Einsatzfähigkeit wird bei dieser Ausführungsform nur durch eine in den Zylinder eingeklebte dünnwandige Einlage erreicht.According to one additional aspect of the present invention is a Cylinder liner, a cylinder or an engine block for a piston engine, with at least one cylinder inner surface provided with a helical pitch is provided to the substantially full-surface sticking to a thin-walled insert described above facilitate. In this embodiment, the Cylinder liner, cylinder or engine block without installation a corresponding thin-walled insert can not be used be as a possible piston of a piston engine is in the helical Slope would jam. The operational capability is glued in this embodiment only by a glued into the cylinder thin-walled insert achieved.
Gemäß einem weiteren zusätzlichen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Zylinderlaufbuchse für eine Kolbenmaschine bereitgestellt, die auf der Innenseite eine, wie vorstehend beschriebene dünnwandige Einlage aufweist, die im Wesentlichen vollflächig in die Zylinderlaufbuchse eingeklebt ist. Dieser Aspekt stellt lediglich die nächste Stufe der Erfindung dar, quasi eine mit einer eingeklebten dünnwandigen Einlage versehene Zylinderlaufbuchse. Diese Ausführungsform stellt eine mit einer dünnwandigen Einlage innen „beschichtete” Zylinderlaufbuchse dar. Es ist anzumerken, dass explizit die Innenfläche der Zylinderlaufbuchse, die mit der dünnwandigen Einlage verklebt ist, wie vorstehend beschrieben, konisch sein kann oder mit einer schraubenförmigen Steigung versehen sein kann.According to one another additional aspect of the present invention a cylinder liner is provided for a piston engine, on the inside a, as described above thin-walled Insert has substantially the entire surface in the Cylinder liner is glued. This aspect only provides the next stage of the invention, quasi one with a Glued thin-walled insert provided cylinder liner. This embodiment provides one with a thin-walled Insert inside "coated" cylinder liner It should be noted that explicitly the inner surface of the Cylinder liner, which glued to the thin-walled insert is, as described above, may be conical or with a can be provided helical pitch.
Gemäß einem weiteren anderen Aspekt wird ein Zylinder für eine Kolbenmaschine bereitgestellt, bei dem in den Zylinder oder in eine Zylinderlaufbuchse des Zylinders eine dünnwandige Einlage wie sie vorstehend beschrieben ist im Wesentlichen vollflächig eingeklebt ist. Es ist anzumerken, dass explizit die Zylinderinnenfläche des Zylinders, mit der die dünnwandige Einlage verklebt ist, wie vorstehend beschrieben konisch ausgeführt sein kann oder mit einer schraubenförmigen Steigung versehen sein kann.According to one Another aspect is a cylinder for a piston engine provided in which in the cylinder or in a cylinder liner the cylinder a thin-walled insert as they are above is described essentially glued over the entire surface is. It should be noted that explicitly the cylinder inner surface of the cylinder with which the thin-walled insert sticks is conical as described above may or may be provided with a helical pitch can be.
Gemäß einem weiteren anderen Aspekt wird ein Motorblock für eine Kolbenmaschine mit mindestens einem Zylinder bereitgestellt, bei dem in mindestens einem Zylinder oder in mindestens einer Zylinderlaufbuchse des Motorblocks eine dünnwandige Einlage des vorstehend beschriebenen Typs im Wesentlichen vollflächig eingeklebt ist. Es ist anzumerken, dass explizit die Zylinderinnenflächen der Zylinder des Motorblocks die mit der dünnwandige Einlage verklebt sind, wie vorstehend beschrieben konisch sein können oder auch mit einer schraubenförmigen Steigung versehen sein können.According to one Another aspect is an engine block for a reciprocating engine provided with at least one cylinder, in which in at least a cylinder or in at least one cylinder liner of the engine block a thin-walled insert of the type described above essentially glued over the entire surface. It should be noted that explicitly the cylinder inner surfaces of the cylinders of the Engine blocks that are glued to the thin-walled insert, as described above may be tapered or too can be provided with a helical pitch.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Kolbenmaschine bereitgestellt, die mindestens eine der vorstehend beschriebenen Zylinderlaufbuchsen, mindestens einen der vorstehend beschriebenen erfinderischen Zylinder oder mindestens einen der vorstehend beschriebenen Motorblöcke mit jeweils mindestens einer eingeklebten dünnwandige Einlage des vorstehend beschriebenen Typs aufweist.According to one Another aspect of the present invention is a piston engine provided that at least one of the above Cylinder liners, at least one of the above inventive cylinder or at least one of those described above Motor blocks each with at least one glued thin-walled Insert of the type described above.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer dünnwandigen Einlage des vorstehend beschriebenen Typs bereitgestellt. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst das Bereitstellen eines im wesentlichen zylindrischen Kerns, das Aufspritzen einer rohrförmigen, dünnwandigen Einlage mit einer Wandstärke zwischen 0,2 und 0,8 mm auf den bereitgestellten Kern mittels thermischen Spritzens, das Entfernen des zylindrischen Kerns und das Bearbeiten der Enden und/oder der Außenfläche der dünnwandigen Einlage.According to one Another aspect of the present invention is a method for Producing a thin-walled insert of the above-described Type provided. The inventive method comprises providing a substantially cylindrical core, the spraying of a tubular, thin-walled Insert with a wall thickness between 0.2 and 0.8 mm the provided core by means of thermal spraying, the removal the cylindrical core and the processing of the ends and / or the Outer surface of the thin-walled insert.
Insbesondere kann die Reihenfolge des Bearbeitens der Enden und/oder der Außenfläche(n) der dünnwandigen Einlage und das Entfernen des zylindrischen Kerns je nach gewählter Art der Bearbeitung ausgetauscht werden. Als thermische Spritzverfahren kommen insbesondere Schmelzbadspritzen, Lichtbogenspritzen (Drahtlichtbogenspritzen), Plasmaspritzen (unter Atmosphäre, Schutzgas oder niedrigem Druck bzw. Vakuum), Flammspritzen (als Pulverflammspritzen oder Drahtflammspritzen), Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen (mit gasförmigem oder flüssigem Brennstoff) oder Laserspritzen in Frage oder deren Kombinationen. So ist es beispielsweise vorgesehen eine innere Schicht der dünnwandigen Einlage durch Drahtlichtbogenspritzen und äußere Schichten durch Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen herzustellen.Especially can the order of editing the ends and / or the outer surface (s) of the thin-walled insert and removing the cylindrical Kerns depending on the selected type of processing exchanged become. In particular, molten bath spraying, Arc spraying (wire arc spraying), plasma spraying (under Atmosphere, inert gas or low pressure or vacuum), Flame spraying (as powder flame spraying or wire flame spraying), high-speed flame spraying (with gaseous or liquid fuel) or Laser spraying in question or their combinations. That's the way it is, for example provided an inner layer of the thin-walled insert by wire arc spraying and outer layers by high-speed flame spraying.
Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen einer dünnwandigen Einlage umfasst weiter das Aufbringen mindestens einer Beschichtung ausgewählt aus einer Einlaufschicht, Schichtmaterialien wie Fe, Eisen-Aluminium-Legierungen (FeAl), Kupfer-Aluminium-Legierungen (CuAl) oder Aluminium-Silizium-Carbid (AlSiC) auf den Kern, bevor die dünnwandige Einlage aufgespritzt wird.A Embodiment of the invention Method for producing a thin-walled insert comprises further selected the application of at least one coating from an inlet layer, layer materials such as Fe, iron-aluminum alloys (FeAl), copper-aluminum alloys (CuAl) or aluminum-silicon carbide (AlSiC) on the core before the thin-walled liner is sprayed on becomes.
Durch ein ggf. vorgesehenes Trennmittel kann die dünnwandige Einlage später leichter von dem Kern abgezogen werden, und die Einlaufschicht kann ebenfalls das Verhalten am Betriebsbeginn einer Verbrennungsmotors d. h. das Einlaufverhalten verbessern.By a possibly provided release agent can thin-walled Deposit will be more easily deducted from the core later, and the running-in layer can also have the behavior at the start of operation an internal combustion engine d. H. improve the run-in behavior.
Aufgrund des externen Spritzens der dünnwandigen Einlage kann durch den Einsatz unterschiedlicher, den Anforderungen angepasster Schichtmaterialien wie Fe, Eisen- Aluminium-Legierungen (FeAl), Kupfer-Aluminium-Legierungen (CuAl) oder Aluminium-Silizium-Carbid (AlSiC) die Gestaltung der Laufbahn so gewählt werden, dass der Zylinderlaufbuchsenverschleiß oder besser der Verschleiß der dünnwandigen Einlage des Zylinders (bzw. der Zylinderlaufbuchse) über den Kolbenhub reduziert werden kann.by virtue of the external spraying of the thin-walled insert can by the use of different, adapted to the requirements layer materials such as Fe, iron-aluminum alloys (FeAl), copper-aluminum alloys (CuAl) or aluminum-silicon carbide (AlSiC) the design of the Raceway be selected so that the cylinder liner wear or better the wear of the thin-walled insert of the cylinder (or the cylinder liner) reduced over the piston stroke can be.
In einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer dünnwandigen Einlage, wird diese konisch auf den Kern aufgespritzt, wobei die Wandstärke am dünneren Ende zwischen 0,2 und 0,35 mm und am dickeren Ende zwischen 0,4 und 0,8 mm beträgt. Der Kern und somit die Innenfläche der dünnwandigen Einlage wird zylindrisch ausgeführt, und die konische Form der dünnwandigen Einlage entsteht durch eine sich von einem zum anderen Ende der Einlage erhöhende Wanddicke. Die konische Form kann einfach dadurch erzielt werden, dass ein Ende des Kerns länger dem thermischen Spritzen unterworfen wird als das andere.In another embodiment of the method according to the invention for producing a thin-walled insert, it is injection-molded conically onto the core, wherein the wall thickness at the thinner end is between 0.2 and 0.35 mm and at the thicker end between 0.4 and 0.8 mm , The core and thus the inner surface of the thin-walled insert is made cylindrical, and the conical shape the thin-walled insert is formed by a wall thickness which increases from one end of the insert to the other. The conical shape can be achieved simply by subjecting one end of the core to thermal spraying for longer than the other.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen einer dünnwandigen Einlage wird der thermische Spritzvorgang in einer Weise gesteuert, dass sich die Porengröße und/oder die Porendichte auf der Innenseite der dünnwandigen Einlage in Längsrichtung und/oder Umfangsrichtung verändert.In a further exemplary embodiment of the method for producing a thin-walled insert is the thermal Injecting process controlled in a way that increases the pore size and / or the pore density on the inside of the thin-walled Insert changed in the longitudinal direction and / or circumferential direction.
Aufgrund des externen Spritzen der dünnwandigen Einlage können durch den Einsatz unterschiedlicher, den Anforderungen angepasster Spritzparameter die Porengröße und die Porendichte der Laufbahn (bzw. der Innenfläche der Einlage) gezielt gesteuert bzw. beeinflusst werden. Eine optimierte Porengröße und eine optimierte Porendichte können den Verschleiß der dünnwandigen Einlage über den Kolbenhub signifikant reduzieren. Somit ist es beispielsweise möglich, den Zwickelbereich (d. h. der Bereich der Zylinder- bzw. Einlagenlauffläche an dem im Bereich des oberen Totpunktes ein Zwickelverschleiß auftritt) mit einer größeren Porengröße bzw. einer höheren Porendichte zu versehen und damit dem höheren Verschleiß durch größere Flächenpressung entgegenzuwirken. Der untere Zylinderbereich kann dagegen mit kleineren bzw. keinen Poren bzw. einer reduzierten Porendichte versehen werden. Die größeren Poren bzw. die größere Porendichte verbessert lokal die Öladhäsion, womit der hydrodynamische Druckaufbau zwischen Kolbenring und Zylinderwand verbessert wird. Dies führt zur Senkung des Zwickelverschleißes sowie zur Reduzierung der Reibleistung.by virtue of the external spraying the thin-walled insert can through the use of different, adapted to the requirements Spray parameters the pore size and the pore density the raceway (or the inner surface of the insert) controlled specifically or influenced. An optimized pore size and an optimized pore density can reduce the wear of the thin-walled insert significantly over the piston stroke to reduce. Thus, it is possible, for example, the gusset area (i.e., the area of the cylinder or liner tread where a gusset wear occurs in the area of top dead center) with a larger pore size or to provide a higher pore density and thus the higher wear due to larger ones Counteract surface pressure. The lower cylinder area can with smaller or no pores or a reduced pore density be provided. The larger pores or the larger ones Pore density locally improves the oil adhesion, thus the hydrodynamic pressure build-up between piston ring and cylinder wall is improved. This leads to the reduction of gusset wear as well as to reduce the friction loss.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Zylinderlaufbuchse, eines erfindungsgemäßen Zylinders oder eines erfindungsgemäßen Motorblocks mit mindestens einem Zylinder einer Kolbenmaschine bereitgestellt. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst dabei das im Wesentliche vollflächige Einkleben einer dünnwandigen Einlage des vorstehend beschriebenen Typs in die Zylinderlaufbuchse, den Zylinder, die Zylinderlaufbuchse des Zylinders, oder in den mindestens einen Zylinder, oder in mindestens eine Zylinderlaufbuchse des Motorblocks.According to one Another aspect of the present invention is a method for Production of a cylinder liner according to the invention, a cylinder of the invention or a novel Engine block provided with at least one cylinder of a piston engine. The inventive method comprises the essentially full-surface gluing a thin-walled insert of the type described above in the cylinder liner, the Cylinder, the cylinder liner of the cylinder, or at least a cylinder, or in at least one cylinder liner of the engine block.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren von beispielhaften Ausführungsformen erläutert, die lediglich zur Veranschaulichung der Erfindung dienen sollen und nicht dazu bestimmt sind, den Schutzbereich der Erfindung, wie er in den Ansprüchen definiert ist einzuschränken. Die Figuren sind insbesondere nicht maßstabgerecht sondern stellen die Erfindung lediglich schematisch dar.in the The invention will be described below with reference to figures Embodiments explained only for To illustrate the invention and not intended are the scope of the invention as defined in the claims is defined restrict. The figures are in particular not to scale but merely provide the invention schematically.
In
Durch Anpassung der Mikrostruktur (wie Porenzahl und Porendichte) innerhalb einer thermisch gespritzten Laufbahn, ist es möglich, das Ölrückhaltevermögen der Oberfläche zu beeinflussen. Damit wird wiederum der Ölverbrauch optimiert, d. h. in besonders anfälligen Bereichen (z. B. am oberen Totpunkt) können Mikrodruckkammern (Poren) den Schmiervorgang aufrechterhalten während der gehonte Teil der Zylinderlauffläche glatt und ohne Strukturierung ausgeführt sein kann. Der Spritzprozess kann in weniger verschleißanfälligen Bereichen bzw. in Bereichen mit einem dickeren Ölfilm so eingestellt werden, dass keine Poren entstehen und somit das Ölhaltefähigkeit stark reduziert wird.By Adaptation of microstructure (such as pore number and pore density) within a thermally sprayed raceway, it is possible the oil retention capacity to influence the surface. This will turn the oil consumption optimized, d. H. in particularly vulnerable areas (eg. B. at top dead center) can micro pressure chambers (pores) Maintain the lubrication process while honed Part of the cylinder surface smooth and without structuring can be executed. The spraying process can be done in less wear-susceptible areas or in areas be set with a thicker oil film so that no Pores arise and thus the oil retention capacity is greatly reduced.
Es
wird hier explizit darauf hingewiesen, dass die in
Diese Erfindung kann im automotiven Bereich und bei mittelschnell-laufenden Dieselmotoren sowie in industriellen Anwendungen wie stationären Motoren/Generatoren/Notstromgeneratoren eingesetzt werden.These Invention can be used in the automotive sector and medium-speed Diesel engines as well as in industrial applications such as stationary engines / generators / emergency generators be used.
Die Einlage wird mittels thermischen Spritzens erzeugt. Vorzugsweise kann Lichtbogen-Drahtspritzverfahren verwendet werden. Mit der vorliegenden Erfindung können sowohl verschiedene Werkstoffe für Laufflächenabschnitte zwischen oberen und unteren Totpunkt als auch Variationen der Mikrostruktur innerhalb der Schicht (Porositäten, Härte), durch Variation der Spritzprozessparameter zwischen oberem und unterem Totpunkt zum Einsatz kommen.The insert is produced by thermal spraying. Preferably, arc wire spraying may be used. With the The present invention can use both different materials for tread portions between top and bottom dead center and variations of the microstructure within the layer (porosities, hardness), by varying the injection process parameters between top and bottom dead center.
Die
so hergestellte Einlage mit einer maximalen Wandstärke
Zum
Einsatz in einem Verbrennungsmotor mit hohen Zylindertemperaturen
sollte eine Klebeverbindung gewählt werden, deren Temperaturbeständigkeit über
200°C liegt. Der so entstandene Klebeverbund sollte eine
Haftabzugskraft von min. 20 N/mm2 aufweisen.
Das Einbringen der Einlage in das Motorgehäuse bzw. in
eine Zylinderlaufbuchse
Durch
das Einkleben der dünnwandigen Einlage lässt sich
eine Verbesserung der Spannungsverteilung im Gehäuse im
Vergleich zu durch thermisches Fügen oder mit Presspassung
zusammengefügten Motorblock/Zylinderlaufbuchsen-Paarungen erreichen.
Diese Verbesserung wirkt sich besonders im Stegbereich zwischen
zwei benachbarten Zylindern aus. Gegenüber einer thermischen
Einbringung wie z. B. Schweißen oder Löten treten
bei dem Verkleben auf Grund der fehlenden Temperaturbelastung keine
Gefügeveränderungen oder Verspannungen im Bauteil
auf. Kleine Klebespalte eigenen sich zudem, um Relativbewegungen
(Schubbeanspruchungen) abzugleichen und somit weitere Spannungen,
die durch „Bimetalleffekte” zwischen der dünnwandigen
Einlage und dem Zylinder, dem Motorblock oder der Zylinderlaufbuchse
Die
Fertigungskosten von thermisch gespritzten Zylinderlaufbuchsen werden
vom eingesetzten Beschichtungswerkstoff und in entscheidender Weise
von der Wandstärke
Im Gegensatz zu Innenbeschichtungen, können diese extern gespritzten dünnwandigen Einlagen wesentlich einfacher und prozesssicherer hergestellt werden. Auf Grund des Einklebens und des Klebespalts kann auf einen hochgenauen Fügeprozess verzichtet werden.in the Unlike interior coatings, these can be externally sprayed thin-walled deposits much easier and more reliable getting produced. Due to the gluing and the glue gap can be dispensed with a high-precision joining process.
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