DE102013221617A1 - Thin-walled insert for a cylinder of a piston engine and method for its production - Google Patents

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DE102013221617A1
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Jürgen Gillen
Michael Buchmann
Marc-Manuel Matz
Markus Aumiller
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Federal-Mogul Burscheid GmbH
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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F05CINDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2253/00Other material characteristics; Treatment of material
    • F05C2253/12Coating

Abstract

Die Erfindung betrifft eine dünnwandige Einlage (2) für einen Zylinder einer Kolbenmaschine, wobei die dünnvandige Einlage (2) eine erste Schicht, und eine zweite Schicht umfasst, wobei zweite Schicht durch thermisches Spritzen außen auf die erste Schicht aufgebracht ist und ganz oder zum Teil aus niedrig-schmelzenden Bestandteilen besteht, und wobei die dünnwandige Einlage (2) eine Wandstärke (8) zwischen 0,2 und 2,8 mm, bevorzugt zwischen 0,3 und 2,0 und weiter bevorzugt zwischen 0,3 und 1,2 mm aufweist, wobei eine Innenfläche der ersten Schicht eine spätere Lauffläche für einen Motorkolben bildet und die zweite Schicht als Lötmittelschicht betrachtet werden kann.The invention relates to a thin-walled insert (2) for a cylinder of a piston machine, wherein the thin-walled insert (2) comprises a first layer, and a second layer, wherein second layer is applied by external thermal spraying on the first layer and all or part consists of low-melting constituents, and wherein the thin-walled insert (2) has a wall thickness (8) between 0.2 and 2.8 mm, preferably between 0.3 and 2.0 and more preferably between 0.3 and 1.2 mm, wherein an inner surface of the first layer forms a later tread for an engine piston and the second layer can be considered as a solder layer.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einlage für einen Zylinder, die dazu bestimmt ist, in einen Zylinder einer Kolbenmaschine wie eines Verbrennungsmotors eingelötet zu werden, sowie einen Zylinder und einen Motorblock einer Kolbenmaschine mit dieser Einlage sowie ein Verfahren zu deren Herstellung.The present invention relates to a liner for a cylinder which is intended to be soldered into a cylinder of a piston engine such as an internal combustion engine, and a cylinder and an engine block of a piston engine with this liner and a method for their preparation.
  • 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.Conventionally, the cylinders of an engine block are either left untreated, directly coated or fitted with cylinder liners to achieve desired cylinder or engine cylinder characteristics.
  • Es ist bisher aus der Offenlegungsschrift DE2140378 bekannt, Zylinderlaufbuchsen zwischen einem Zylinderkurbelgehäuse und einem Zylinderkopf anzuordnen, wobei ein Spalt zwischen den Zylinderlaufbuchsen und dem Zylinderkurbelgehäuse zur Kühlung durch Kühlwasser verwendet werden kann. Dabei stehen die Zylinderlaufbuchsen in entsprechenden größeren Ausnehmungen von ähnlich frei stehenden Zylindern mit einem gemeinsamen Zylinderkopf.It is so far from the published patent application DE2140378 to arrange cylinder liners between a cylinder crankcase and a cylinder head, wherein a gap between the cylinder liners and the cylinder crankcase for cooling by cooling water can be used. The cylinder liners are in corresponding larger recesses of similarly free-standing cylinders with a common cylinder head.
  • Aus der US Patentschrift Nr. 2783749 ist bekannt, Zylinderlaufbuchsen in einen Motorblock einzukleben, wobei die Zylinderlaufbuchse am oberen und unteren Rand mit dem Motorblock in Verbindung steht. In der US Patentschrift Nr. 2783749 ist die Zylinderlaufbuchse größtenteils von Kühlwasser umgeben und dient im Wesentlichen als frei stehender Zylinder, der nur am oberen und unteren Rand direkt mit dem Motorblock in Kontakt steht.From the US Pat. No. 2,783,749 It is known to glue cylinder liners in an engine block, wherein the cylinder liner is at the top and bottom of the engine block in conjunction. In the US Pat. No. 2,783,749 the cylinder liner is largely surrounded by cooling water and essentially serves as a free-standing cylinder, which is only at the top and bottom directly in contact with the engine block.
  • Die europäische Patentschrift EP0790397 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer Zylinderlaufbuchse für Verbrennungskraftmaschinen durch thermisches Aufspritzen von Spritzmaterial, wobei auf die Außenfläche eines als Formkörper dienenden Dorns eine erste Verschleißschicht und darauf eine Deckschicht aufgespritzt wird und anschließend die gebildete Zylinderlaufbuchse vom Dorn abgezogen wird.The European patent EP0790397 discloses a method for producing a cylinder liner for internal combustion engines by thermal spraying of spray material, wherein on the outer surface of a mandrel serving as a molded body, a first wear layer and then a cover layer is injected and then the cylinder liner formed is withdrawn from the mandrel.
  • In der Patentschrift EP 1087124 ist ein Zylinderkurbelgehäuse, insbesondere für flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschinen, offenbart, das mit Zylinderbuchsen versehen ist, die im Kurbelgehäuse frei stehend angeordnet sind. Auch in der EP1087124 dienen die Zylinderbuchsen als eigenständige Zylinder und sind in der Lage alle Belastungen eines Zylinders aufzunehmen.In the patent EP 1087124 is a cylinder crankcase, in particular for liquid-cooled internal combustion engines disclosed, which is provided with cylinder liners, which are arranged freely in the crankcase. Also in the EP1087124 The cylinder liners serve as independent cylinders and are able to absorb all loads of a cylinder.
  • 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.Based on the known requirements to optimize the inner surface of the cylinder of piston engines, such as internal combustion engines, it is desirable to provide new methods and devices in order to influence the properties of cylinder surfaces favorable.
  • 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 to have a new or alternative method or apparatus that allows for an improvement in the tribological characteristics of a cylinder liner of a reciprocating engine.
  • Es ist zudem wünschenswert, ein neues Verfahren zur Verfügung zu haben, mit dem man Zylinderlaufbuchsen oder Einlagen in einem Zylinder oder einem Motorblock einer Kolbenmaschine befestigen kann.It is also desirable to have a new method for mounting cylinder liners or liners in a cylinder or engine block of a reciprocating engine.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine dünnwandige Einlage für einen Zylinder einer Kolbenmaschine bereitgestellt. Die dünnwandige Einlage umfasst eine erste Schicht, und eine zweite Schicht, die durch thermisches Spritzen außen auf die erste Schicht aufgebracht sind. Die zweite Schicht umfasst dabei niedrig-schmelzende Bestandteile. Die dünnwandige Einlage weist eine Wandstärke zwischen 0,2 und 2,8 mm, bevorzugt zwischen 0,3 und 2 mm, und weiter bevorzugt zwischen 0,3 und 1,2 mm auf. Die zweite Schicht kann auch als Lötmittelschicht betrachtet werden. Die Innenfläche der ersten Schicht kann dabei auch als die spätere Lauffläche für einen Motorkolben betrachtet werden.According to a first aspect of the present invention, there is provided a thin-walled liner for a cylinder of a reciprocating engine. The thin-walled insert comprises a first layer, and a second layer, which are applied by external thermal spraying on the first layer. The second layer comprises low-melting constituents. The thin-walled insert has a wall thickness between 0.2 and 2.8 mm, preferably between 0.3 and 2 mm, and more preferably between 0.3 and 1.2 mm. The second layer can also be considered as a solder layer. The inner surface of the first layer can also be considered as the later tread for an engine piston.
  • Durch die geringe bevorzugte Wanddicke zwischen 0,3 und 1,2 mm ist die Einlage nicht als eigenständiger Zylinder zu verwenden. Die zweite Schicht umfasst bei niedrigen Temperaturen schmelzende Bestandteile, die es ermöglichen, die Einlage innen in einen entsprechenden Zylinder einzulöten. Durch die geringen Schmelztemperaturen kann insbesondere verhindert werden, dass sich die Einlage oder der Zylinder verziehen, da der Lötprozess bei relativ geringen Temperaturen durchgeführt werden kann.Due to the low preferred wall thickness between 0.3 and 1.2 mm, the insert is not to be used as an independent cylinder. The second layer comprises melting components at low temperatures which allow the insert to be soldered inside a corresponding cylinder. The low melting temperatures can in particular prevent the insert or the cylinder from warping because the soldering process can be carried out at relatively low temperatures.
  • Als thermische Spritzverfahren kommen insbesondere Schmelzbad-Spritzen, Lichtbogenspritzen (Drahtlichtbogenspritzen), Plasmaspritzen (unter Atmosphäre, Schutzgas oder niedrigem Druck bzw. Vakuum), Flammspritzen (als Pulver-Flammspritzen oder Draht-Flammspritzen), Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen (mit gasförmigem oder flüssigem Brennstoff) oder Laserspritzen infrage oder deren Kombinationen.In particular, molten bath spraying, arc spraying (wire arc spraying), plasma spraying (under atmosphere, protective gas or low pressure or vacuum), flame spraying (as powder flame spraying or wire flame spraying), high-velocity flame spraying (with gaseous or liquid fuel) are used as thermal spraying processes. or laser syringes or their combinations.
  • In einer beispielhaften Ausführungsform der dünnwandigen Einlage ist auch die erste Schicht durch thermisches Spritzen hergestellt. Diese Ausführungsform gestattet eine besonders einfache und kostengünstige Herstellung der Einlage auf einem Dorn, der als Form dient. Es können entweder zwei verschiedene Spritzvorrichtungen verwendet werden oder eine, bei der sich das Spritzmaterial wechseln oder zumindest verändern lässt.In an exemplary embodiment of the thin-walled insert, the first layer is also produced by thermal spraying. This embodiment allows a particularly simple and cost-effective production of the insert on a mandrel, which serves as a mold. It can either be two different spray devices are used or one in which the spray material change or at least can be changed.
  • Die zweite Schicht kann auch nur niedrigschmelzende Anteile umfassen. Die zweite Schicht kann auch nur aus einem niedrigschmelzenden Material bestehen. Damit wird in dieser Ausführungsform die gesamte zweite Schicht durch ein Lötmittel gebildet, das aufgeschmolzen werden kann, um die Einlage bzw. die erste Schicht mit einem Zylinder zu verlöten.The second layer may also comprise only low melting fractions. The second layer can also consist only of a low-melting material. Thus, in this embodiment, the entire second layer is formed by a solder which can be melted to solder the insert or the first layer to a cylinder.
  • Bei einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der dünnwandigen Einlage umfasst die zweite Schicht zwei verschiedene nebeneinanderliegende oder übereinanderliegende Werkstoffe. Diese Werkstoffe können bei Erwärmung besonders einfach eine Legierung bilden, die als Lötmaterial dienen kann. Das Lötmaterial der zweiten Schicht kann durch das Spritzen als Pseudolegierung vorliegen, bei dem höher-schmelzende und niedrigschmelzende Phasen nebeneinander bzw. aufeinander in der Schicht vorliegen. In der aufgespritzten Pseudolegierung können Al oder AlSi Phasen neben bzw. auf Sn, Zn, Zn/Al Phasen vorliegen.In a further exemplary embodiment of the thin-walled insert, the second layer comprises two different juxtaposed or superimposed materials. These materials can easily form an alloy when heated, which can serve as a soldering material. The solder material of the second layer may be in the form of a pseudo alloy by spraying, in which higher-melting and low-melting phases are present next to one another or one another in the layer. In the sprayed pseudoalloy Al or AlSi phases can be present next to or on Sn, Zn, Zn / Al phases.
  • In einer zusätzlichen beispielhaften Ausführungsform der dünnwandigen Einlage weisen die niedrig-schmelzenden Bestandteile einen Schmelzpunkt zwischen 200°–450° Celsius auf. Es ist ebenfalls vorgesehen, dass die niedrigschmelzenden Bestandteile einen Schmelzpunkt zwischen 300° und 450°C aufweisen. Durch den geringen Schmelzpunkt kann die zweite Schicht als Lötmittel dienen, um eine sehr dünne erste Schicht an die Zylinderinnenfläche einer Kolbenmaschine zu löten.In an additional exemplary embodiment of the thin-walled insert, the low-melting constituents have a melting point between 200 ° -450 ° Celsius. It is also contemplated that the low melting ingredients will have a melting point between 300 ° C and 450 ° C. Due to the low melting point, the second layer can serve as a solder to solder a very thin first layer to the cylinder inner surface of a reciprocating engine.
  • In einer zusätzlichen beispielhaften Ausführungsform der dünnwandigen Einlage wurde eine Außenfläche der zweiten Schicht nach dem Aufspritzen bearbeitet. Dieser Bearbeitungsschritt kann eine definierte Oberflächenform, eine definierte Oberflächenrauigkeit oder eine definierte Oberflächenstruktur an der Außenfläche der zweiten Schicht enthalten. Eine definierte Außenflächenform kann dazu dienen, ein Flussmittel strukturiert aufzutragen. Es ist ebenfalls möglich, durch die Bearbeitung eine konische Außenfläche zu erzeugen, die zu einer konischen Zylinderbohrung passt, sodass sich die Einlage leichter in einen Zylinder einführen lässt.In an additional exemplary embodiment of the thin-walled liner, an outer surface of the second layer was processed after spraying. This processing step may include a defined surface shape, a defined surface roughness or a defined surface structure on the outer surface of the second layer. A defined outer surface shape can serve to apply a flux in a structured manner. It is also possible by machining to create a conical outer surface that mates with a tapered cylinder bore so that the insert is easier to insert into a cylinder.
  • Das Flussmittel kann durch Aufpinseln oder Aufsprühen aufgebracht werden. Das Flussmittel kann auf die zweite Schicht aufgebracht werden. Das Flussmittel kann in eine vorhandene oder aufgebrachte Struktur der zweiten Schicht eingebracht werden. Das Flussmittel kann verschiedene Flussmittelmischungen enthalten. Ein Flussmittel kann eine Mischung sein, die 10–25% Ammoniumtetraflouroborat, 20–50% 2-(2-Aminoethylamino)ethanol, 1–10% Zinkpulver-Zinkstaub (stabilisiert) und 5–15% Zinkoxid umfasst. Ein weiteres Flussmittel kann eine Mischung sein, die Ammoniumflouroborat, Aminoethylolamin, Zink und Zinkoxid umfasst. Ein weiteres Flussmittel kann als ein Komplex umfasen, der 53–62% Cäsium, 7–12% Aluminium, 28–38% Fluor und maximal 3,5%LOH umfasst.The flux can be applied by brushing or spraying. The flux may be applied to the second layer. The flux may be incorporated into an existing or deposited structure of the second layer. The flux may contain various flux mixtures. A flux may be a mixture comprising 10-25% ammonium tetrafluoroborate, 20-50% 2- (2-aminoethylamino) ethanol, 1-10% zinc powder zinc stabilized and 5-15% zinc oxide. Another flux may be a mixture comprising ammonium fluoroborate, aminoethylolamine, zinc and zinc oxide. Another flux may comprise as a complex comprising 53-62% cesium, 7-12% aluminum, 28-38% fluorine and at most 3.5% LOH.
  • In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die dünnwandige Einlage weiter eine Flussmittelbeschichtung, die außen auf der zweiten Schicht aufgebracht ist. Bevorzugt ist das Flussmittel in die definierte Oberflächenstruktur eingebracht. Dadurch kann ein Flussmittel besser auf der Oberfläche der zweiten Schicht verankert werden.In another exemplary embodiment of the present invention, the thin-walled liner further comprises a flux coating applied externally on the second layer. The flux is preferably introduced into the defined surface structure. As a result, a flux can be anchored better on the surface of the second layer.
  • Bei einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der dünnwandigen Einlage weist die erste Schicht eine Dicke von 0,1–1,0 mm auf. Die erste Schicht bildet mit ihren tribologischen Eigenschaften die innere Oberfläche des späteren Zylinders, die mit dem Kolben und den Kolbenringen in Kontakt steht. Bisher war es erforderlich oder üblich, Zylinderlaufbuchsen aus einem Material zu fertigen. Eine herkömmliche Zylinderlaufbuchse mit einer Dicke bzw. einer Wandstärke von nur 0,1 bis 1,0 mm oder in einer beispielhaften Ausführungsfrom von lediglich 0,1 bis 0,3 mm könnte nicht mit den herkömmlichen Verfahren hergestellt oder gehandhabt werden. Eine derart dünne Schicht ermöglicht es, auch sehr kostspielige Verfahren und Materialien einzusetzen, da nur wenig Material tatsächlich erforderlich ist, um die Zylinderinnenwand herzustellen.In a further exemplary embodiment of the thin-walled insert, the first layer has a thickness of 0.1-1.0 mm. The first layer, with its tribological properties, forms the inner surface of the later cylinder, which is in contact with the piston and the piston rings. Previously, it was necessary or common to manufacture cylinder liners made of a material. A conventional cylinder liner with a thickness of only 0.1 to 1.0 mm, or in an exemplary embodiment of only 0.1 to 0.3 mm, could not be manufactured or handled by the conventional methods. Such a thin layer makes it possible to use even very expensive processes and materials, since only a small amount of material is actually required to produce the cylinder inner wall.
  • In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die erste Schicht eine Eisenbasislegierung wie niedrig legierte Eisenwerkstoffe wie FeC0,8 oder hoch hochlegierte Eisenbasiswerkstoffe mit einem Chromgehalt zwischen 5–21%. Die erste Schicht kann bevorzugt mit keramischen Bestandteilen versehen werden. Die keramischen Bestandteile können die Festigkeit der Lauffläche weiter erhöhen. Es kann vorgesehen sein, dass die Legierung und/oder die Anzahl der keramischen Bestandteile vom Zylinderboden in Richtung des Kurbelgehäuses verändert werden, um der unterschiedlich starken Beanspruchung der Zylinderoberfläche Rechnung zu tragen.In another exemplary embodiment of the present invention, the first layer comprises an iron-based alloy such as low alloy ferrous materials such as FeC 0.8 or high-alloy iron base materials having a chromium content between 5-21%. The first layer may preferably be provided with ceramic components. The ceramic components can further increase the strength of the tread. It can be provided that the alloy and / or the number of ceramic components are changed from the cylinder bottom in the direction of the crankcase in order to take into account the different degrees of stress on the cylinder surface.
  • In einer zusätzlichen beispielhaften Ausführungsform der dünnwandigen Einlage weist die zweite Schicht eine Dicke von 0,1–0,5 mm auf. Die zweite Schicht stabilisiert die erste Schicht. Die zweite Schicht kann aufgrund ihres geringen Schmelzpunkts als Lötmittel dienen, um so die Einlage mit der Innenfläche eines Zylinders zu verlöten.In an additional exemplary embodiment of the thin-walled insert, the second layer has a thickness of 0.1-0.5 mm. The second layer stabilizes the first layer. The second layer may serve as a solder because of its low melting point so as to solder the insert to the inner surface of a cylinder.
  • In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die zweite Schicht Werkstoffkombinationen aus Aluminium, Zink und Zinn. Es werden Kombinationen wie AlSn50, ZnSn50, AlZn15 als beispielhafte Lötmittel genannt. Die Legierungen AlSn50, ZnSn50, AlZn15 können weiter mit Bismut oder Silizium versetzt sein. In a further exemplary embodiment of the present invention, the second layer comprises material combinations of aluminum, zinc and tin. Combinations such as AlSn50, ZnSn50, AlZn15 are mentioned as exemplary solders. The alloys AlSn50, ZnSn50, AlZn15 may be further added with bismuth or silicon.
  • Bei noch einer beispielhaften Ausführungsform der dünnwandigen Einlage umfasst die zweite Schicht verschiedene Legierungen bzw. einen gradierten Aufbau, wobei höher-schmelzende und niedrig-schmelzende Phasen nebeneinander bzw. aufeinander in der zweiten Schicht vorliegen. Es ist vorgesehen, beispielsweise Aluminium- oder Aluminium-Silizium-Partikel neben bzw. unter Zink- oder Zinn-Partikeln anzuordnen.In yet another exemplary embodiment of the thin-walled insert, the second layer comprises various alloys or a graded structure, wherein higher-melting and low-melting phases are present next to one another or in the second layer. It is envisaged, for example, to arrange aluminum or aluminum-silicon particles next to or below zinc or tin particles.
  • In einer zusätzlichen beispielhaften Ausführungsform der dünnwandigen Einlage umfasst diese weiter mindestens eine Zwischenschicht zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht. Die Zwischenschicht weist beispielhaft eine Dicke bzw. Stärke von 0,1–2 mm auf. Die mindestens eine Zwischenschicht kann eine Aluminium-Basislegierung oder eine Eisenbasislegierung umfassen, die bevorzugt Keramikpartikel enthält. Eine oder mehrere Zwischenschichten können als Haftvermittler zwischen einem Laufflächenmaterial und einem Motorblockmaterial bzw. dem Material der zweiten Schicht dienen.In an additional exemplary embodiment of the thin-walled insert, the latter further comprises at least one intermediate layer between the first layer and the second layer. By way of example, the intermediate layer has a thickness of 0.1 to 2 mm. The at least one intermediate layer may comprise an aluminum-based alloy or an iron-based alloy, which preferably contains ceramic particles. One or more intermediate layers can serve as a bonding agent between a tread material and a motor block material or the material of the second layer.
  • In einer zusätzlichen beispielhaften Ausführungsform der dünnwandigen Einlage ist die Außenfläche der dünnwandigen Einlage konisch. Ein Außendurchmesser der Buchse kann dabei von oben nach unten bzw. vom Zylinderkopf in Richtung des Kurbelgehäuses um 0,05 bis 0,5 mm abnehmen. Eine Wandstärke der dünnwandigen Einlage beträgt am dünneren Ende zwischen 0,1 und 0,5 mm, bevorzugt zwischen 0,2 und 0,4 mm und am dickeren Ende zwischen 0,2 und 1,0 mm, bevorzugt zwischen 0,3 und 0,6 mm.In an additional exemplary embodiment of the thin-walled insert, the outer surface of the thin-walled insert is conical. An outer diameter of the bushing can decrease from top to bottom or from the cylinder head in the direction of the crankcase by 0.05 to 0.5 mm. A wall thickness of the thin-walled insert is at the thinner end between 0.1 and 0.5 mm, preferably between 0.2 and 0.4 mm and at the thicker end between 0.2 and 1.0 mm, preferably between 0.3 and 0 , 6 mm.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Zylinder oder ein Motorblock für eine Kolbenmaschine bereitgestellt, bei dem der erfindungsgemäße Zylinder oder der erfindungsgemäße Motorblock eine der vorstehend beschriebenen dünnwandigen Einlagen umfasst, die eingelötet ist. Der Lötprozess umfasst dabei ein Auf- oder Umschmelzen der zweiten Schicht. Bei einer mit einem Konzentrations- bzw. Legierungs-Gradienten versehenen zweiten Schicht kann auch nur ein äußerer Teil der zweiten Schicht auf- bzw. umgeschmolzen werden. Bei einem Motorblock werden bevorzugt alle Zylinderöffnungen mit einer dünnwandigen Einlage versehen, die eingelötet werden.According to another aspect of the present invention, there is provided a cylinder or engine block for a reciprocating engine in which the cylinder or engine block of the present invention comprises one of the thin-walled liners described above that is brazed. The soldering process comprises a melting or remelting of the second layer. In the case of a second layer provided with a concentration or alloy gradient, only an outer part of the second layer can also be melted or remelted. In an engine block, all cylinder openings are preferably provided with a thin-walled insert, which are soldered.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein weiterer Zylinder oder Motorblock aus Aluminium für eine Kolbenmaschine bereitgestellt. Der erfindungsgemäße Zylinder oder Motorblock umfasst eine Innenbeschichtung aus einem Lötmittel. Die Innenbeschichtung aus einem Lötmittel kann zwei verschiedene nebeneinanderliegende oder übereinanderliegende Werkstoffe oder gradierte Schichten oder eine Pseudolegierung umfassen. Bei einer gespritzten Pseudolegierung können höher-schmelzende und niedrigschmelzende Phasen nebeneinander bzw. aufeinander in der Schicht vorliegen. Es werden Al oder AlSi Partikel neben bzw. auf Sn Partikel in der Lötmittelschicht vorgesehen. Der Zylinder oder der Motorblock sind dazu vorgesehen, eine dünnwandige Einlage wie sie vorstehend beschrieben wurde, einzulöten. Dieses Einlöten kann ein Aufschmelzen einer Lötmittelschicht sowohl auf der Einlage als auch einer Lötmittelschicht auf der Innenseite des Zylinders bzw. des Motorblocks umfassen.According to another aspect of the present invention, there is provided another aluminum cylinder or engine block for a piston engine. The cylinder or engine block according to the invention comprises an inner coating of a solder. The inner coating of a solder may comprise two different juxtaposed or superposed materials or graded layers or a pseudo alloy. In a sprayed pseudo alloy higher-melting and low-melting phases can be present next to each other or in the layer. Al or AlSi particles are provided adjacent to Sn particles in the solder layer. The cylinder or engine block is intended to be soldered to a thin-walled liner as described above. This soldering may include melting a solder layer on both the liner and a solder layer on the inside of the cylinder or engine block.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Kolbenmaschine bereitgestellt, die mindestens einen der vorstehend beschriebenen Zylinder oder einen vorstehend beschriebenen Motorblock mit mindestens einer eingelöteten dünnwandigen Einlage umfasst.According to another aspect of the present invention, there is provided a reciprocating engine comprising at least one of the above-described cylinders or a previously described engine block having at least one soldered thin-walled liner.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer dünnwandigen Einlage, wie sie vorstehend beschrieben wurde, offenbart. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen einer ersten Schicht einer dünnwandigen Einlage, weiterhin ein Aufspritzen einer zweiten Schicht, die niedrig-schmelzende Bestandteile umfasst. Die zweite Schicht wird direkt auf die erste Schicht aufgespritzt oder von außen auf mindestens eine Zwischenschicht, die auf der ersten Schicht aufgebracht wurde, aufgespritzt. Eine Wandstärke der dünnwandigen Einlage beträgt zwischen 0,2 und 2,8 mm, bevorzugt zwischen 0,3 und 2 mm, und weiter bevorzugt zwischen 0,3 und 1,2 mm. Bei einer zweischichtigen Ausführung kann die Wandstärke lediglich zwischen 0,3 und 1,2 mm betragen.In accordance with another aspect of the present invention, a method of making a thin-walled liner as described above is disclosed. The method comprises providing a first layer of thin-walled liner, further spraying a second layer comprising low-melting components. The second layer is sprayed directly onto the first layer or externally sprayed on at least one intermediate layer which has been applied to the first layer. A wall thickness of the thin-walled insert is between 0.2 and 2.8 mm, preferably between 0.3 and 2 mm, and more preferably between 0.3 and 1.2 mm. In a two-layer design, the wall thickness can only be between 0.3 and 1.2 mm.
  • Bei dieser grundlegenden Ausführungsform wird lediglich eine zweite Schicht mit einem niedrigen Schmelzpunkt auf eine erste bereits vorhandene Schicht aufgespritzt. Auch hier können die bekannten thermischen Spritzverfahren zum Einsatz kommen. Die zweite Schicht weist einen niedrigen Schmelzpunkt auf, damit die Einlage unter Auf- oder Umschmelzen der zweiten Schicht in einer Laufbuchse, einem Zylinder oder in einer Zylinderbohrung eines Motorblocks eingelötet werden kann.In this basic embodiment, only a second layer having a low melting point is sprayed onto a first layer already present. Again, the known thermal spraying can be used. The second layer has a low melting point, so that the insert can be soldered by melting or melting the second layer in a bushing, a cylinder or in a cylinder bore of an engine block.
  • Die Gesamtdicke der Einlage liegt unter der einer herkömmlichen Zylinderlaufbuchse, da sie durch eine feste Bindung an einen Zylinder oder einen Motorblock hinreichend stabilisiert werden kann. Die Einlage weist eine Dicke auf, die sich aufgrund der geringen Festigkeit der zweiten Schicht mit dem geringen Schmelzpunkt nicht dazu eignet, alleine als Zylinder oder als lediglich eingepresste Zylinderlaufbuchse verwendet zu werden.The overall thickness of the liner is below that of a conventional cylinder liner because it can be sufficiently stabilized by a firm bond to a cylinder or engine block. The insert has a thickness due to the low strength of the second low melting point layer is not suitable for use alone as a cylinder or as a merely pressed cylinder liner.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens umfasst das Bereitstellen der ersten Schicht ein Bereitstellen eines im Wesentlichen zylindrischen Kerns und ein Aufspritzen einer ersten Schicht auf den bereitgestellten Kern. Das Verfahren umfast in dieser Ausführungsform weiter ein Entfernen des zylindrischen Kerns und ein Bearbeiten der Enden und/oder der Außenfläche der dünnwandigen Einlage.In a preferred embodiment of the manufacturing method, providing the first layer comprises providing a substantially cylindrical core and spraying a first layer onto the provided core. The method further includes, in this embodiment, removing the cylindrical core and machining the ends and / or the outer surface of the thin-walled liner.
  • Das Bearbeiten der Enden und/oder der Außenfläche der dünnwandigen Einlage kann vorgenommen werden, bevor der Kern entfernt wird. Es ist ebenfalls möglich, noch eine weitere äußere Schicht aufzutragen, bevor der Kern entfernt wird.The machining of the ends and / or the outer surface of the thin-walled insert may be done before the core is removed. It is also possible to apply another outer layer before the core is removed.
  • In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform des Herstellungsverfahrens wird zumindest die zweite Schicht aus zwei verschiedenen Werkstoffen gespritzt. Die zwei verschiedenen Werkstoffe können dann in der Schicht abwechselnd nebeneinander angeordnet sein.In a further exemplary embodiment of the production method, at least the second layer is sprayed from two different materials. The two different materials can then be arranged alternately next to one another in the layer.
  • Bei noch einer beispielhaften Ausführungsform des Herstellungsverfahrens wird bei dem Spritzen der zweiten Schicht mindestens ein bei niedrigen Temperaturen schmelzender Werkstoff verwendet, dessen Schmelzpunkt zwischen 200° und 450° oder auch zwischen 300° und 450° Celsius liegt. Durch zumindest einen Anteil, der einen sehr geringen Schmelzpunkt aufweist, kann das Verlöten der Einlage mit einer Zylinderfläche problemlos vorgenommen werden. Auch wenn nur eine Komponente der zweiten Schicht einen sehr niedrigen Schmelzpunkt aufweist, kann dies ausreichen, um mit einer weiteren Komponente beim Einlöten eine Legierung zu bilden, die ein Verlöten der Einlage mit dem Zylinder ermöglicht.In yet another exemplary embodiment of the manufacturing method, the spraying of the second layer uses at least one material which melts at low temperatures, the melting point of which is between 200 ° and 450 ° or even between 300 ° and 450 ° C. By at least a portion which has a very low melting point, the soldering of the insert can be made easily with a cylindrical surface. Even if only one component of the second layer has a very low melting point, this may be sufficient to form an alloy with another component during soldering, which makes it possible to solder the insert to the cylinder.
  • In einer weiteren zusätzlichen beispielhaften Ausführungsform des Herstellungsverfahrens wird eine Außenfläche der zweiten Schicht nach dem Spritzen bearbeitet. Die Bearbeitungsschritte können durchgeführt werden, wenn sich die dünnwandige Einlage noch auf dem Kern befindet. Durch die Bearbeitung kann eine definierte Oberflächenform oder Oberflächenrauigkeit oder eine definierte Oberflächenstruktur erreicht werden, um einen späteren Lötvorgang zu verbessern. In die Oberflächenstrukturen können beispielsweise Flussmittel eingebracht werden. Das Flussmittel kann dabei eine der vorstehend erwähnten chemischen Zusammensetzungen aufweisen. Das Flussmittel kann in vorhandene Oberflächenstrukturen (Grundrauigkeit des gespritzten Materials) oder in durch Bearbeiten erzeugte Oberflächenstrukturen eingebracht werden. Es ist ebenfalls möglich, das Flussmittel auf die Innenwand des Zylinders bzw. des Motorblocks aufzutragen, in den die dünnwandige Einlage eingelötet werden soll.In another additional exemplary embodiment of the manufacturing method, an outer surface of the second layer is processed after injection. The processing steps can be performed when the thin-walled insert is still on the core. Through the processing, a defined surface shape or surface roughness or a defined surface structure can be achieved in order to improve a subsequent soldering process. For example, fluxes can be introduced into the surface structures. The flux may have one of the above-mentioned chemical compositions. The flux can be introduced into existing surface structures (basic roughness of the sprayed material) or into surface structures produced by machining. It is also possible to apply the flux on the inner wall of the cylinder or the engine block, in which the thin-walled insert is to be soldered.
  • Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform des Herstellungsverfahrens wird eine Flussmittelbeschichtung außen auf die zweite Schicht aufgebracht. Die Flussmittelbeschichtung kann vollflächig aufgebracht werden oder eine Struktur aufweisen. Es ist ebenfalls möglich, das Flussmittel auf vorhandenen Oberflächenstrukturen bzw. Vertiefungen einzubringen. Ein strukturiert aufgebrachtes Flussmittel kann sich positiv auf den Lötvorgang auswirken.In another exemplary embodiment of the manufacturing method, a flux coating is applied to the outside of the second layer. The flux coating can be applied over the entire surface or have a structure. It is also possible to introduce the flux on existing surface structures or depressions. A structured applied flux can have a positive effect on the soldering process.
  • In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform des Herstellungsverfahrens wird die erste Schicht so aufgebracht, dass sie eine Dicke von 0,1 bis 1,0 mm, bevorzugt von 0,1 bis 0,3 mm aufweist. Die erste Schicht bildet die eigentliche Lauffläche für einen Kolben einer Kolbenmaschine. Durch die geringe Dicke ist die Einlage nicht als Laufbuchse oder Zylinder für einen Kolbenmotor geeignet.In a further exemplary embodiment of the manufacturing method, the first layer is applied so that it has a thickness of 0.1 to 1.0 mm, preferably from 0.1 to 0.3 mm. The first layer forms the actual running surface for a piston of a piston engine. Due to the small thickness of the insert is not suitable as a bush or cylinder for a piston engine.
  • In einer weiteren zusätzlichen beispielhaften Ausführungsform des Herstellungsverfahrens umfasst die erste Schicht eine Eisenbasislegierung, wie niedrig legierte Eisenwerkstoffe wie FeC0.8. oder hoch hochlegierte Eisenbasiswerkstoffe mit einem Chromgehalt von 5–21%, die bevorzugt keramische Bestandteile enthält.In another additional exemplary embodiment of the manufacturing process, the first layer comprises an iron-based alloy, such as low alloy ferrous materials such as FeC0.8. or high-alloyed iron base materials with a chromium content of 5-21%, which preferably contains ceramic constituents.
  • In einer zusätzlichen beispielhaften Ausführungsform des Herstellungsverfahrens wird die zweite Schicht so aufgebracht, dass sie eine Dicke von 0,1–0,5mm aufweist. Die Schichtdicke der zweiten Schicht kann damit an die zu erwartenden Abmessungen bzw. Toleranzen einer Zylinderfläche angepasst werden. Je dünner die zweite Schicht, d. h. die Lötmittelschicht, ausgeführt wird, desto dünner kann später der Lötspalt bzw. die Dicke der resultierenden Verlötung ausgeführt werden.In an additional exemplary embodiment of the manufacturing process, the second layer is applied to have a thickness of 0.1-0.5 mm. The layer thickness of the second layer can thus be adapted to the expected dimensions or tolerances of a cylindrical surface. The thinner the second layer, d. H. the solder layer is made, the thinner, the soldering gap or the thickness of the resulting soldering can be performed later.
  • In einer anderen zusätzlichen beispielhaften Ausführungsform des Herstellungsverfahrens wird die zweite Schicht bzw. die Lötschicht aus Werkstoffkombinationen gespritzt, die Aluminium, Zink oder Zinn umfassen. Es ist weiter vorgesehen, dass die zweite Schicht auch Legierungen wie AlSn50, ZnSn50, AlZn15 umfasst. Es kann vorteilhaft sein, wenn die zweite Schicht weitere Legierungselemente wie Bismut oder Silizium umfasst.In another additional exemplary embodiment of the manufacturing method, the second layer or the solder layer is injected from combinations of materials comprising aluminum, zinc or tin. It is further envisaged that the second layer also includes alloys such as AlSn50, ZnSn50, AlZn15. It may be advantageous if the second layer comprises further alloying elements such as bismuth or silicon.
  • In noch einer beispielhaften Ausführungsform des Herstellungsverfahrens wird mindestens einer Zwischenschicht auf die erste Schicht aufgebracht, bevor die zweite Schicht aufgebracht wird. Diese eine oder mehrere Zwischenschichten können als Haft- bzw. Legierungsvermittler zwischen der ersten und der zweiten Schicht dienen. Die mindestens eine Zwischenschicht kann eine Dicke von 0,1–2 mm aufweisen. Die Zwischenschichten können eine oder mehrere Al-Basislegierungen oder eine oder mehrere Eisenbasislegierung umfassen. Es kann vorteilhaft sein, die mindestens eine Zwischenschicht mit Keramikpartikel zu versehen.In yet another exemplary embodiment of the manufacturing method, at least one intermediate layer is applied to the first layer before the second layer is applied. These one or more intermediate layers may act as adhesion or alloying agents between the first and the second intermediate layers serve the second layer. The at least one intermediate layer may have a thickness of 0.1-2 mm. The intermediate layers may comprise one or more Al-based alloys or one or more iron-based alloys. It may be advantageous to provide the at least one intermediate layer with ceramic particles.
  • In noch einer beispielhaften Ausführungsform des Herstellungsverfahrens wird die Außenfläche der dünnwandigen Einlage durch ein konisches Aufspritzen mindestens einer der Schichten konisch ausgeführt. Es ist ebenfalls möglich, die Außenfläche der Einlage durch eine Nachbearbeitung konisch auszuführen.In yet another exemplary embodiment of the manufacturing method, the outer surface of the thin-walled insert is made conical by a conical spraying of at least one of the layers. It is also possible to make the outer surface of the insert by reworking conical.
  • Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines Zylinders oder eines Motorblocks bereitgestellt. Das Verfahren umfasst das Verlöten mindestens einer dünnwandigen Einlage, wie sie vorstehend beschrieben wurde, mit einer Innenfläche eines Zylinders oder das Verlöten mehrerer derartiger Einlagen mit den jeweiligen Innenflächen von Zylindern eines Zylinderblocks.In accordance with another aspect of the present invention, a method of manufacturing a cylinder or engine block is provided. The method comprises brazing at least one thin-walled liner as described above with an inner surface of a cylinder or brazing a plurality of such inserts with the respective inner surfaces of cylinders of a cylinder block.
  • Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Einlöten eine örtlich begrenzte Erwärmung der Einlage. Die örtlich begrenzte Erwärmung kann dabei an verschiedenen Stellen wiederholt werden, um nach und nach den gesamten Spalt zwischen der Einlage und einer Zylinderinnenseite zu verlöten. Es ist ebenfalls möglich, nur eine örtlich begrenzte Erwärmung zu verwenden, um die Einlage mit der Innenseite eines Zylinders in einer linearen oder spiralförmigen Bewegung zu verlöten. Dabei wird immer nur ein kleiner Teil des Lötmittels der zweiten Schicht aufgeschmolzen, und verschließt den Lötspalt. Durch die örtlich begrenzte Erwärmung der Einlage wird erreicht, dass der gesamte Motorblock zur Kühlung dienen kann. Somit erwärmt sich die Lötstelle auch bei einer starken Erwärmung der Einlage nicht sehr stark, da sich die eingebrachte Wärmemenge sofort auf einen großen Bereich des Motorblocks verteilt. Es kann beispielsweise mit einer kleinen Flamme, einem kleinen Induktionskopf, einem kleinen Ultraschallkopf oder sogar mit einer kleinen Elektrode eine örtlich begrenzte Erwärmung der Einlage erreicht werden. Diese örtlich begrenzte Erwärmung reicht aus, um die zweite Schicht oder eine entsprechende Lötmittelschicht in dem Zylinder aufzuschmelzen, um so eine Verlötung zu erreichen. Die Erwärmung reicht jedoch nicht aus, in dem Material des Motorblocks außerhalb des Lötbereichs eine Gefügeänderung zu bewirkten. Durch diesen Effekt kann die Einlage mit dem Motorblock oder einem Zylinder verbunden werden, ohne dass eine Schwächung des Motorblocks bzw. des Zylinders durch eine größere Gefügeveränderung auftritt. Dies ist unter anderem dadurch möglich, dass die örtlich begrenzte Erwärmung nur sehr kurz auftritt. Zur Verlötung kann ein Flussmittel oder ein Schutzgas eingesetzt werden, eine Passivierung der Lötfläche an einem Motorblock oder einem Zylinder aus Aluminium zu vermeiden.According to one embodiment of the method, the soldering comprises a localized heating of the insert. The local heating can be repeated at different points in order to gradually solder the entire gap between the insert and a cylinder inside. It is also possible to use only localized heating to solder the insert to the inside of a cylinder in a linear or spiral motion. In this case, only a small part of the solder of the second layer is always melted, and closes the soldering gap. Due to the localized heating of the insert is achieved that the entire engine block can be used for cooling. Thus, the solder joint does not heat up very much even with a strong heating of the insert, since the amount of heat introduced immediately spreads over a large area of the engine block. For example, with a small flame, a small induction head, a small ultrasonic head, or even a small electrode, localized heating of the insert can be achieved. This localized heating is sufficient to reflow the second layer or a corresponding solder layer in the cylinder so as to achieve soldering. However, the heating is not sufficient to cause a structural change in the material of the engine block outside the soldering area. By this effect, the insert can be connected to the engine block or a cylinder without a weakening of the engine block or the cylinder occurs by a larger structural change. Among other things, this is possible because the localized heating only occurs very briefly. For soldering, a flux or inert gas may be used to avoid passivation of the solder pad on an engine block or aluminum cylinder.
  • In einer anderen beispielhaften Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung umfasst das Einlöten eine Erwärmung der gesamten Einlage auf einmal. Dabei wird die Einlage durch ein Erwärmungsverfahren möglichst schnell auf eine im Wesentlichen einheitliche Temperatur gebracht und die gesamte zweite Schicht auf einmal aufgeschmolzen werden. Dieses Verfahren kann ein sehr schnelles Verlöten erreichen.In another exemplary embodiment of the method of the present invention, soldering comprises heating the entire insert at once. The insert is brought as quickly as possible to a substantially uniform temperature by a heating process and the entire second layer are melted all at once. This method can achieve very fast soldering.
  • In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die gesamte Einlage plötzlich durch Induktionsheizen deutlich über 450°C erwärmt. Dies ist möglich, da die Einlage aus einem ferromagnetischen Material besteht, während der Motorblock oder der Zylinder aus Aluminium gefertigt ist, das paramagnetisch ist. Durch eine Induktionsheizung ist es möglich, lediglich die Laufbuchse schnell auf eine hohe Temperatur zu erwärmen. Die heiße Einlage besitzt einen hohen Schmelzpunkt und weist eine hohe Temperatur auf, bei der Gefügeveränderungen auftreten. Durch die sehr geringe Dicke der Einlage umfasst diese auch nur eine sehr geringe Wärmekapazität. Der umgebende Zylinder oder der umgebende Motorblock weist durch den Werkstoff Aluminium einen sehr geringen Wärmewiderstand auf. Durch diese Werkstoffkombination kann der Zylinder oder der Motorblock die Wärme der Einlage sehr schnell abführen, ohne selber eine Umkristallisationstemperatur zu erreichen. Weiterhin kann eine Umkristallisation nur sehr schlecht stattfinden, da eine Umkristallisationstemperatur – wenn überhaupt – nur für eine sehr kurze Zeit erreicht wird. Das Verfahren umfasst somit ein blitzartiges Erwärmen der Einlage auf eine Temperatur, die zusammen mit den Wärmekapazitäten und den Wärmeleitwerten einerseits eine zuverlässige Verlötung der Einlage mit dem Zylinder gestattet. Durch die Wärmeleitwerte und die Wärmekapazitäten kann andererseits sicherstellt werden, dass keine signifikante oder überhaupt keine Umkristallisation in dem Zylinder oder dem Motorblock auftritt. Durch diese Ausführung kann ein sehr schnelles Verlöten von Zylindereinlagen mit Zylindern erreicht werden.In another exemplary embodiment of the present invention, the entire liner is suddenly heated significantly above 450 ° C by induction heating. This is possible because the insert is made of a ferromagnetic material while the engine block or cylinder is made of aluminum which is paramagnetic. With induction heating, it is possible to quickly heat the bushing to a high temperature. The hot insert has a high melting point and has a high temperature at which microstructural changes occur. Due to the very small thickness of the insert this also includes only a very small heat capacity. The surrounding cylinder or the surrounding engine block has a very low thermal resistance due to the aluminum material. By this combination of materials, the cylinder or the engine block can dissipate the heat of the deposit very quickly, without even reach a recrystallization temperature. Furthermore, recrystallization can only take place very poorly, since a recrystallization temperature, if at all, is achieved only for a very short time. The method thus comprises a flash-like heating of the insert to a temperature which, on the one hand, together with the heat capacities and the heat conductivities, permits a reliable soldering of the insert to the cylinder. On the other hand, by the thermal conductivities and the heat capacities, it can be ensured that no significant or no recrystallization occurs in the cylinder or the engine block. By this design, a very fast soldering cylinder liners can be achieved with cylinders.
  • Es ist möglich, die Einlage durch eine Induktionsheizung sehr schnell auf sehr hohe Temperaturen zu bringen, da eine Einlage mit 20 cm Höhe, einem Durchmesser von 10 cm und einer Wandstärke der ersten Schicht von etwa 0,2 mm einem Volumen von etwa 25 Kubikzentimeter entspricht. Diese 25 Kubikzentimeter entsprechen einer Masse von ca. 100 g. Bei einer geschätzten Zieltemperatur von 800°C und einer angenommenen Wärmekapazität von 0,452 J/gK, sind dafür ca. 35 kJ oder Kilowattsekunden notwendig, was sich ohne Weiteres technisch erreichen lässt.It is possible to very quickly bring the insert by an induction heating to very high temperatures, since an insert with 20 cm in height, a diameter of 10 cm and a wall thickness of the first layer of about 0.2 mm corresponds to a volume of about 25 cubic centimeters , These 25 cubic centimeters correspond to a mass of about 100 g. At an estimated target temperature of 800 ° C and an assumed heat capacity of 0.452 J / gK, about 35 kJ or kilowatt seconds are necessary for this, which can be achieved technically without further ado.
  • In einer zusätzlichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren ein Bewegen der erwärmten Einlage in dem Zylinder. Durch die sich in dem Zylinder beispielsweise auf und ab bewegende Einlage kann eine Passivierungsschicht an der Innenfläche des Zylinders mechanisch entfernt werden. Es ist dabei möglich, die Einlage an der Zylinderinnenseite zu reiben, bevor das Verlöten stattfindet. Es kann vorgesehen sein, dass eine definierte Struktur an der Außenseite der zweiten Schicht aufgebracht ist, um ein Entfernen der Passivierung zu begünstigen. Es kann ebenfalls vorgesehen sein, eine aufgebrachte Struktur an der Außenseite der zweiten Schicht zu verwenden, um Teile einer mechanisch abgetragenen Passivierung der Zylinderinnenseite in Rillen oder Vertiefungen zu sammeln.In an additional embodiment of the present invention, the method includes moving the heated liner in the cylinder. By way of example, moving in the cylinder up and down insert a passivation layer on the inner surface of the cylinder can be mechanically removed. It is possible to rub the insert on the inside of the cylinder before the soldering takes place. It can be provided that a defined structure is applied to the outside of the second layer, in order to favor removal of the passivation. It may also be provided to use an applied structure on the outside of the second layer in order to collect parts of a mechanically removed passivation of the cylinder inside in grooves or depressions.
  • Es ist ebenfalls vorgesehen, die dünnwandige Einlage nach einem Aufschmelzen der zweiten Schicht in dem Zylinder zu bewegen. Durch eine Bewegung der Einlage bei einer aufgeschmolzenen zweiten Schicht kann eine homogenere Lötverbindung erreicht werden.It is also provided to move the thin-walled insert after a melting of the second layer in the cylinder. By moving the insert in a molten second layer, a more homogeneous solder joint can be achieved.
  • In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren weiter ein Aufbringen eines Flussmittels auf die Außenseite der Einlage und/oder auf die Innenseite des Zylinders. Flussmittel sind in dem Stand der Technik hinreichend bekannt, wie vorstehend erläutert wurde. Es ist möglich, das Flussmittel auf die Außenseite der zweiten Schicht aufzubringen. Es ist jedoch ebenfalls möglich, das Flussmittel auf die Innenseite eines Zylinders oder eines Zylinderblocks aufzubringen. Es kann zudem vorgesehen sein, die Innenseite eines Zylinders oder eines Zylinderblocks von einer Passivierungsschicht zu befreien und diese Innenseite dann mit einem entsprechenden Material vor der Bildung einer weiteren Passivierungsschicht abzuhalten. Es kann vorgesehen sein, eine Lötmittelschicht auf die Innenseite des Zylinders aufzubringen, bevor die Einlage eingebracht und verlötet wird.In a further exemplary embodiment of the present invention, the method further comprises applying a flux to the outside of the liner and / or to the inside of the cylinder. Fluxes are well known in the art as discussed above. It is possible to apply the flux to the outside of the second layer. However, it is also possible to apply the flux to the inside of a cylinder or cylinder block. It can also be provided to rid the inside of a cylinder or a cylinder block of a passivation layer and then to keep this inside with a corresponding material before the formation of another passivation layer. It may be provided to apply a solder layer to the inside of the cylinder before the insert is inserted and soldered.
  • 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 following, the invention will be elucidated on the basis of figures of exemplary embodiments, which are merely intended to illustrate the invention and are not intended to limit the scope of protection of the invention as defined in the claims. In particular, the figures are not to scale, but merely illustrate the invention schematically.
  • 1 zeigt einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Motorgehäuse mit einer eingelöteten erfindungsgemäßen dünnwandigen Einlage. 1 shows a cross section through an inventive motor housing with a soldered inventive thin-walled insert.
  • 2 zeigt einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Zylinderlaufbuche mit einer eingelöteten erfindungsgemäßen dünnwandigen Einlage. 2 shows a cross section through a cylinder liner according to the invention with a soldered inventive thin-walled insert.
  • 3 bis 5A zeigen verschiedene Querschnittsansichten durch eine Wand der Einlage oder durch die Wand verschiedener erfindungsgemäßer Zylinder mit einer eingelöteten, erfindungsgemäßen dünnwandigen Einlage. 3 to 5A show various cross-sectional views through a wall of the insert or through the wall of various inventive cylinder with a soldered, inventive thin-walled insert.
  • 6 zeigt eine Querschnittsansicht durch eine erfindungsgemäße Zylinderlaufbuche mit einer eingelöteten erfindungsgemäßen dünnwandigen Einlage mit abschnittsweise unterschiedlicher Porengröße bzw. Porendichte auf der Lauffläche. 6 shows a cross-sectional view through a cylinder liner according to the invention with a soldered inventive thin-walled insert with sections of different pore size or pore density on the tread.
  • 7 veranschaulicht einen Lötvorgang mit lediglich einer örtlichen Erwärmung der Einlage. 7 illustrates a soldering process with only a local heating of the insert.
  • 1 zeigt eine Teilquerschnittsansicht durch ein erfindungsgemäßes Motorgehäuse 16, einen erfindungsgemäßen Motorblock 16 oder einen erfindungsgemäßen Zylinder 14 mit einer eingelöteten erfindungsgemäßen dünnwandigen Einlage 2. Die Wandstärke 8 der dünnwandigen Einlage 2 beträgt in der 1 zwischen 0,3 und 1,3 mm und ist in der Figur nicht maßstabsgerecht, sondern nur schematisch wiedergegeben. Die dünnwandige Einlage 2 ist über die Lötung 10 mit einer Breite von 0,1–1,0 mm mit dem Motorblock 16 bzw. dem Zylinder 14 verlötet. Der Lötspalt, bzw. die Lötung 10 ist ebenfalls nicht maßstabgerecht, sondern nur schematisch wiedergegeben. Der Motorblock 16 bzw. der Zylinder 14 ist mit Kühlwasserkanälen 42 versehen, die neben der Zylinderbohrung dargestellt sind. 1 shows a partial cross-sectional view through a motor housing according to the invention 16 , an engine block according to the invention 16 or a cylinder according to the invention 14 with a soldered inventive thin-walled insert 2 , The wall thickness 8th the thin-walled insert 2 is in the 1 between 0.3 and 1.3 mm and is not to scale in the figure, but only shown schematically. The thin-walled insert 2 is about the soldering 10 with a width of 0.1-1.0 mm with the engine block 16 or the cylinder 14 soldered. The soldering gap, or the soldering 10 is also not to scale, but only shown schematically. The engine block 16 or the cylinder 14 is with cooling water channels 42 provided, which are shown next to the cylinder bore.
  • 2 zeigt einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Zylinderlaufbuche 12 mit einer eingelöteten erfindungsgemäßen dünnwandigen Einlage 2. Der Aufbau entspricht dem der 1 mit dem Unterschied, dass die dünnwandige Einlage 2 nicht mit einem Zylinder 14, sondern mit einer Zylinderlaufbuche 12 verlötet ist. 2 shows a cross section through a cylinder liner according to the invention 12 with a soldered inventive thin-walled insert 2 , The structure corresponds to that of 1 with the difference that the thin-walled insert 2 not with a cylinder 14 but with a cylinder liner 12 is soldered.
  • 3 zeigt eine Querschnittansicht durch die Wand einer dünnwandigen Einlage 2. Die Einlage 2 ist innen und außen jeweils zylindrisch ausgeführt. Die Einlage 2 umfasst innen (in der Figur auf der rechten Seite) die erste Schicht 4 und darauf angeordnet die zweite Schicht 6. Die zweite Schicht bildet mit ihren Komponenten eine Legierung mit einem niedrigen Schmelzpunkt zwischen 200° und 450°C oder auch nur zwischen 300 und 450°C. Der Schmelzpunkt der Komponenten oder der gesamten zweiten Schicht liegt damit noch unter dem von reinem Aluminium. Die zweite Schicht 6 kann auch als Lötmittelschicht betrachtet werden. 3 shows a cross-sectional view through the wall of a thin-walled insert 2 , The deposit 2 is cylindrical inside and out. The deposit 2 includes inside (in the figure on the right side) the first layer 4 and the second layer disposed thereon 6 , The second layer forms with its components an alloy with a low melting point between 200 ° and 450 ° C or even between 300 and 450 ° C. The melting point of the components or the entire second layer is thus still below that of pure aluminum. The second layer 6 can also be considered as a solder layer.
  • In 3A umfasst die Wand einer dünnwandigen Einlage 2 weiter eine Zwischenschicht 7, die zwischen der ersten Schicht 4 und der zweiten Schicht 6 angeordnet ist. Wie in 1 bildet die erste innere Schicht die Lauffläche für einen Kolben. Die zweite Schicht bildet mit ihren Komponenten eine Legierung mit einem niedrigen Schmelzpunkt und kann auch hier als Lötmittelschicht betrachtet werden. Die zweite Schicht 6 ist auf einen Lötpartner abgestimmt, aus dem der Zylinder oder der Zylinderblock gefertigt ist und mit dem die Einlage verlötet werden soll. Da es möglicherweise nicht möglich ist, ein Lötmittel zu finden, das es gestattet, einen hoch-hochlegierten Eisenwerkstoff und beispielsweise Aluminium direkt miteinander zu verlöten, können zwischen der ersten Schicht 4 und der zweiten Schicht 6 eine oder mehrere Zwischenschichten 7 angeordnet werden. Die Zwischenschichten 7 können in ihren physikalischen Eigenschaften so aufeinander abgestimmt werden, dass eine Lauffläche aus einem beliebigen Metall durch die zweite Schicht mit einem Motorblock aus einem anderen beliebigen Metall verlötet werden kann. Das Material der zweiten Schicht ist dazu angepasst, mit einem Material eines Zylinders oder eines Motorblocks als Lötmittel zu dienen.In 3A includes the wall of a thin-walled insert 2 continue an intermediate layer 7 . between the first layer 4 and the second layer 6 is arranged. As in 1 The first inner layer forms the tread for a piston. The second layer forms with its components an alloy with a low melting point and can also be considered here as a solder layer. The second layer 6 is tuned to a Lötpartner from which the cylinder or cylinder block is made and with which the insert is to be soldered. Since it may not be possible to find a solder that allows a high-alloyed iron material and, for example, aluminum to be directly soldered to one another, may be between the first layer 4 and the second layer 6 one or more intermediate layers 7 to be ordered. The intermediate layers 7 can be matched in their physical properties so that a tread of any metal through the second layer can be soldered to an engine block of any other metal. The material of the second layer is adapted to serve as a solder with a material of a cylinder or an engine block.
  • Bei der Version der 3A liegen die Schmelzpunkte der ersten Schicht 4 und der Zwischenschicht 7 über dem der zweiten Schicht 6. Bei der Version der 3A liegt der Schmelzpunkt der zweiten Schicht 6 unter dem des Materials der Laufbuchse, des Zylinders oder des Motorblocks, in das die dünnwandige Einlage eingelötet werden soll.In the version of 3A are the melting points of the first layer 4 and the intermediate layer 7 above the second layer 6 , In the version of 3A is the melting point of the second layer 6 under the material of the liner, the cylinder or the engine block, in which the thin-walled insert is to be soldered.
  • 4 zeigt eine Querschnittsansicht durch die Wand eines Zylinders 24, eines Motorblocks 26 bzw. -gehäuses oder einer Zylinderlaufbuche 22, die jeweils eine konische Zylinderbohrung aufweisen. Durch die konische Zylinderbohrung ist es einfacher möglich, die konische dünnwandige Einlage 2 in eine konische Zylinderbohrung einzubringen. Es ist einfacher, die konische dünnwandige Einlage in die Zylinderbohrung eines Zylinders 24, eines Motorblocks 26 bzw. -Gehäuses oder einer Zylinderlaufbuche 22 einzuführen, da sich die Einlage selbstständig in dem Zylinder ausrichtet. Weiterhin wird das Ansetzen der Einlage 2 deutlich vereinfacht, da die Toleranzen größer sind. Weiterhin ist es durch diese Ausführung einfacher einen Lötprozess zu realisieren, da durch die konische Form ein Setzen der Einlage ermöglicht wird, sobald die zweite Schicht in flüssiger Form vorliegt. Durch das Setzen verteilt sich die Lötmittelschicht gleichmäßig im Spalt. 4 shows a cross-sectional view through the wall of a cylinder 24 , an engine block 26 or housing or a cylinder liner 22 , each having a conical cylinder bore. Due to the conical cylinder bore, it is easier possible, the conical thin-walled insert 2 to introduce into a conical cylinder bore. It is easier, the conical thin-walled insert into the cylinder bore of a cylinder 24 , an engine block 26 or housing or a cylinder liner 22 introduce, since the insert aligns automatically in the cylinder. Furthermore, the preparation of the insert 2 significantly simplified, since the tolerances are greater. Furthermore, this embodiment makes it easier to realize a soldering process, since the conical shape makes it possible to set the insert as soon as the second layer is in liquid form. By placing the solder layer is distributed evenly in the gap.
  • Die in 4 dargestellte dünnwandige Einlage 2 bildet einen Hohlkegelstumpf mit zylindrischer Innenfläche. Die konische dünnwandige Einlage 2 ist nur leicht konisch, wobei sich die Wanddicke zwischen oberem und unterem Ende der dünnwandigen Einlage nur um einen Betrag zwischen 0,025 und 0,25 mm ändert. Damit ändert sich der Außendurchmesser der dünnwandigen Einlage 2 zwischen dem oberen und dem unteren Ende der Einlage 50 μm bis 0,5 mm. Hier ändert sich nur die Dicke der ersten Schicht 4. Die Dicke der zweiten Schicht 6 ändert sich über die gesamte Höhe der Einlage lediglich innerhalb der Fertigungstoleranzen.In the 4 illustrated thin-walled insert 2 forms a hollow truncated cone with a cylindrical inner surface. The conical thin-walled insert 2 is only slightly conical, wherein the wall thickness between the upper and lower end of the thin-walled insert changes only by an amount between 0.025 and 0.25 mm. This changes the outer diameter of the thin-walled insert 2 between the upper and lower end of the insert 50 microns to 0.5 mm. Here only the thickness of the first layer changes 4 , The thickness of the second layer 6 changes over the entire height of the insert only within the manufacturing tolerances.
  • In 5 ist eine weitere Querschnittsansicht durch die Wand eines Zylinders 14, oder eines Motorblocks 16 bzw. einer Zylinderlaufbuche 12 (jeweils mit zylindrischer Innenfläche) gezeigt, mit deren Zylinderinnenfläche eine dünnwandige Einlage 2 vollflächig verlötet ist. Es ist wie in den vorherigen Figuren nur eine Seite der Zylinderbohrung dargestellt. In 5 ist die Innenwand der Zylinderlaufbuche 12, des Zylinders 14, oder des Motorblocks 16 mit einer Struktur 28 versehen. Die Struktur 28 soll dazu dienen, einen Lötvorgang zwischen der ersten Schicht 4 und einer Zylinderinnenfläche zu steuern. Die Struktur 28 ist in 5 als Kanäle ausgeführt. Die Kanäle können dazu dienen, ein Flussmittel aufzunehmen. Über die Kanäle kann das Flussmittel auch wieder aus dem Lötspalt abgeführt werden. Ein Problem bei großflächigen Lötungen besteht darin, die gesamte Fläche des Lötspalts zu verlöten. Ein weiteres Problem besteht darin, sicherzustellen, das Flussmittel beim Löten aus dem Lötspalt abzuführen. Die Kanäle können beispielsweise schraubenförmig verlaufen oder ein Gitter bilden, sodass auch bei einem Lötvorgang mit nur lokaler Hitzeeinwirkung das Flussmittel abgeführt werden kann. Die Struktur selber kann mit einem Flussmittel gefüllt sein.In 5 is another cross-sectional view through the wall of a cylinder 14 , or an engine block 16 or a cylinder liner 12 (each with a cylindrical inner surface) shown, with the cylinder inner surface a thin-walled insert 2 soldered over the entire surface. As in the previous figures, only one side of the cylinder bore is shown. In 5 is the inner wall of the cylinder liner 12 , the cylinder 14 , or the engine block 16 with a structure 28 Mistake. The structure 28 intended to serve a soldering process between the first layer 4 and a cylinder inner surface to control. The structure 28 is in 5 executed as channels. The channels may serve to receive a flux. The flux can also be removed from the soldering gap again via the channels. One problem with large area soldering is soldering the entire area of the solder gap. Another problem is to ensure that the flux is removed from the soldering gap during soldering. The channels may, for example, run helically or form a grid, so that even in a soldering process with only local heat, the flux can be dissipated. The structure itself may be filled with a flux.
  • In 5A ist die Struktur 30 in der zweiten Schicht 6 gebildet. In 5A kann die Struktur beim Verlöten durch die sich verflüssigende zweite Schicht beim Verlöten verloren gehen. 5A führt zu einer Verlötung, bei der an der fertigen Lötstelle eventuell nicht mehr erkennbar ist, dass die Struktur 30 vorhanden war. Auch in 5A kann die Struktur 30 Kanäle bilden, um es einem Flussmittel zu ermöglichen, beim Verlöten aus dem Lötspalt auszutreten.In 5A is the structure 30 in the second layer 6 educated. In 5A For example, the structure may be lost during soldering by the liquefying second layer during soldering. 5A leads to a soldering, in which at the finished solder joint may no longer be recognizable that the structure 30 was present. Also in 5A can the structure 30 Form channels to allow a flux to emerge from the solder gap during soldering.
  • 6 zeigt eine Querschnittsansicht durch die Wand eines Zylinders 14, eines Motorblocks 16 bzw. -gehäuses oder einer Zylinderlaufbuche 12 mit einer eingelöteten dünnwandigen Einlage 2. Die dünnwandige Einlage 2 ist im oberen Bereich 20 mit größeren Poren und/oder einer größeren Porendichte oder speziellen Schichtmaterialien versehen. Durch den Einsatz unterschiedlicher, den Anforderungen angepasster Schichtmaterialien (Fe, FeAl, CuAl, AlSiC ...) bzw. der Gestaltung der Laufbahn durch gezielt gesteuerte Porengrößen kann der Verschleiß der Innenfläche der Einlage über den Kolbenhub signifikant reduziert werden. Somit ist es möglich, den Zwickelbereich (d. h. den Bereich einer Zylinderlauffläche an dem Zwickelverschleiß auftritt) mit einer größeren Porengröße (Mikrodruckkammern) bzw. einer höheren Porendichte zu versehen und damit dem höheren Verschleiß durch größere Flächenpressung entgegenzuwirken. Der Zwickelverschleiß tritt durch die größte Belastung auf, die auf den obersten Kompressionsring am oberen Todpunkt durch die Verbrennungsgase wirken. Der untere Bereich der Zylinderlauffläche (der dünnwandigen Einlage) kann dagegen mit kleineren oder gar keinen Poren bzw. einer reduzierten Porendichte versehen sein. Es ist ebenfalls möglich, den unteren Bereich der Zylinderlauffläche aus einem einfacheren Material zu spritzen. Die größeren Poren bzw. die höhere Porendichte verbessert lokal die Öl-Adhäsion, womit der hydrodynamische Druckaufbau zwischen Kolbenring und Zylinderwand verbessert werden kann. Dies führt zur Senkung des Zwickelverschleißes sowie zur Reduzierung der Reibungsverluste. 6 shows a cross-sectional view through the wall of a cylinder 14 , an engine block 16 or housing or a cylinder liner 12 with a soldered thin-walled insert 2 , The thin-walled insert 2 is in the upper range 20 provided with larger pores and / or a larger pore density or special layer materials. By using different layer materials adapted to the requirements (Fe, FeAl, CuAl, AlSiC ...) or the design of the raceway by specifically controlled pore sizes, the wear of the inner surface of the insert can be significantly reduced via the piston stroke. Thus, it is possible to provide the gusset region (ie, the region of a cylinder surface at the gusset wear) with a larger pore size (micro-pressure chambers) or a higher pore density and thus the higher wear by larger surface pressure counteract. The gusset wear occurs due to the greatest load acting on the uppermost compression ring at the top dead center by the combustion gases. By contrast, the lower region of the cylinder running surface (the thin-walled insert) can be provided with smaller or no pores or a reduced pore density. It is also possible to inject the lower portion of the cylinder surface of a simpler material. The larger pores or the higher pore density locally improves the oil adhesion, whereby the hydrodynamic pressure build-up between piston ring and cylinder wall can be improved. This leads to the reduction of gusset wear and to the reduction of friction losses.
  • Durch Anpassung der Mikrostruktur (wie Porenzahl und Porendichte) innerhalb einer thermisch gespritzten Laufbahn ist es möglich, das Öl-Rückhaltevermögen der Oberfläche zu beeinflussen. Damit kann wiederum der Ölverbrauch optimiert werden, indem in besonders anfälligen Bereichen (z. B. am oberen Totpunkt) Mikrodruckkammern (Poren) gebildet werden, die den Schmiervorgang aufrechterhalten, während ein gehonter 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 die Öl-Haltefähigkeit stark reduziert wird.By adapting the microstructure (such as pore number and pore density) within a thermally sprayed raceway, it is possible to influence the oil retention capacity of the surface. In turn, oil consumption can be optimized by forming micro-pressure chambers (pores) in particularly vulnerable areas (eg at top dead center), which maintain the lubricating process, while a honed part of the cylinder running surface can be smooth and without structuring. The spraying process can be adjusted in less susceptible areas or in areas with a thicker oil film so that no pores are formed and thus the oil-holding capacity is greatly reduced.
  • Es wird hier explizit darauf hingewiesen, dass die in 6 dargestellte Porenverteilung auch bei den dünnwandigen Einlagen 2, insbesondere in der Innenseite der ersten Schicht 4, verwendet werden kann, wie sie in 1 bis 5A dargestellt sind.It is explicitly stated here that the in 6 illustrated pore distribution even in the thin-walled deposits 2 , in particular in the inside of the first layer 4 , can be used as in 1 to 5A are shown.
  • 7 veranschaulicht einen Lötvorgang mit lediglich einer örtlichen Erwärmung der Einlage. 7 zeigt eine Querschnittsansicht durch die Wand eines Zylinders 14, eines Motorblocks 16 bzw. -gehäuses oder einer Zylinderlaufbuche 12 mit einer dünnwandigen Einlage 2 während des Einlötens. 7 illustrates a soldering process with only a local heating of the insert. 7 shows a cross-sectional view through the wall of a cylinder 14 , an engine block 16 or housing or a cylinder liner 12 with a thin-walled insert 2 during soldering.
  • Das Einlöten geschicht durch eine örtlich begrenzte Erwärmung 44 der Einlage 2. Die örtlich begrenzte Erwärmung 44 bildet einen runden Fleck, der in einer Spiralbewegung von oben nach unten die Zylinderfläche abdeckt. Dabei wird immer nur ein kleiner Teil des Lötmittels im Bereich der begrenzten Erwärmung 44 aufgeschmolzen. Durch die örtlich begrenzte Erwärmung der Einlage wird erreicht, dass der gesamte Motorblock zur Kühlung dieser örtlichen Erwärmung 44 dienen kann. Somit erwärmt sich die Lötstelle und insbesondere das Material des Motorblocks auch bei einer starken lokalen Erwärmung 44 der Einlage nicht sehr stark, da die eingebrachte Wärmemenge sofort auf einen großen Bereich des Motorblocks verteilt wird. Es ist dabei nicht relevant, ob die örtlich begrenzte Erwärmung mit einer Flamme, einem kleinen Induktionskopf, einem Ultraschallkopf oder mit einer kleinen Elektrode erreicht wird. Diese örtlich begrenzte Erwärmung unter den Wärmeleitungsbedingungen reicht aus, um die zweite Schicht oder eine entsprechende Lötmittelschicht in dem Zylinder aufzuschmelzen. Durch eine starke Wärmeableitung in alle Richtungen wird die Lötstelle und der Motorblock im Bereich der Lötstelle nur sehr kurz und nur in einer sehr kleinen Tiefe bis auf die Löttemperatur erwärmt. Diese kurze und niedrige Wärmeeinwirkung reicht dabei nicht aus, um eine wesentliche Umkristallisation des Materials des Motorblocks zu bewirken. um so eine Verlötung zu erreichen. Die Erwärmung reicht nicht aus, in dem Material des Motorblocks außerhalb des Lötbereichs eine Gefügeänderung zu bewirken. Durch diesen Effekt kann die Einlage mit dem Motorblock oder einem Zylinder verbunden werden, ohne dass eine Schwächung des Motorblocks bzw. des Zylinders durch eine größere Gefügeveränderung auftritt.The soldering history by a localized warming 44 the deposit 2 , The localized warming 44 forms a round spot, which covers the cylindrical surface in a spiral movement from top to bottom. Only a small part of the solder is always in the area of limited heating 44 melted. Localized heating of the insert will ensure that the entire engine block will cool that localized heat 44 can serve. Thus, the solder joint and in particular the material of the engine block heats up even with a strong local heating 44 The deposit is not very strong, because the amount of heat introduced is distributed immediately to a large area of the engine block. It is irrelevant whether the local heating with a flame, a small induction head, an ultrasonic head or a small electrode is achieved. This localized heating under the heat conduction conditions is sufficient to reflow the second layer or a corresponding solder layer in the cylinder. Due to a strong heat dissipation in all directions, the solder joint and the engine block in the area of the solder joint is heated only very briefly and only at a very small depth to the soldering temperature. This short and low heat exposure is not sufficient to cause a substantial recrystallization of the material of the engine block. so as to achieve a soldering. The heating is not sufficient to cause a structural change in the material of the engine block outside the soldering area. By this effect, the insert can be connected to the engine block or a cylinder without a weakening of the engine block or the cylinder occurs by a larger structural change.
  • Diese Erfindung kann im automotiven Bereich und bei mittelschnell-laufenden Dieselmotoren sowie in industriellen Anwendungen wie stationären Motoren/Generatoren/Notstromgeneratoren eingesetzt werden.This invention can be used in the automotive and medium speed diesel engine industries as well as in industrial applications such as stationary motor / generator / backup generators.
  • Die Einlage wird mittels thermischen Spritzens erzeugt. Vorzugsweise kann ein 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 (Porösitäten, Härte), durch Variation der Spritzprozessparameter zwischen oberem und unterem Totpunkt zum Einsatz kommen.The insert is produced by thermal spraying. Preferably, an arc wire spraying method may be used. With the present invention, 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 are used.
  • Die so hergestellte Einlage mit einer maximalen Wandstärke 8 von 2,8 mm und vorzugsweise einer minimalen Wandstärke 8 von 0,2 mm kann sowohl in Aluminium-Motorblöcken oder Zylindern 12 eingesetzt werden. Die Verbindung mit der Zylinderbohrung erfolgt durch einen Lötvorgang. Die zweite Schicht 6 bildet das Lötmittel für die Verbindung mit dem Zylinder. Die Größe des Lötspalts ist hier weniger wichtig, da das Lötmittel aus Metall besteht und damit gute Wärmeleitungseigenschaften zeigt. Um eine gute Lötverbindung mit möglichst geringen Verzügen zu erreichen, wird ein Niedertemperatur-Lötvorgang bevorzugt. Es ist ebenfalls möglich, die Einlage durch ein Heiß- oder Hartlöten mit einem Zylinder zu verbinden, was jedoch eine höhere Gefahr bedingt, dass Verzüge auftreten. Das Verfahren ist vor allem für wasser- bzw. zwangsgekühlte Motoren vorgesehen, bei denen einfacher sichergestellt werden kann, dass im Betrieb die Schmelztemperatur der zweiten Schicht bzw. der Verlötung nicht erreicht wird.The insert thus produced with a maximum wall thickness 8th of 2.8 mm and preferably a minimum wall thickness 8th of 0.2 mm can be used both in aluminum engine blocks or cylinders 12 be used. The connection with the cylinder bore is made by a soldering process. The second layer 6 forms the solder for connection with the cylinder. The size of the solder gap is less important here, since the solder is made of metal and thus shows good heat conduction properties. In order to achieve a good solder joint with the lowest possible distortion, a low-temperature soldering process is preferred. It is also possible to join the insert to a cylinder by hot or hard soldering, but with a higher risk of distortion. The method is primarily intended for water-cooled or forced-cooled engines, in which it can be more easily ensured that the melting temperature of the second layer or the soldering is not reached during operation.
  • Zum Einsatz in einem Verbrennungsmotor mit hohen Zylindertemperaturen sollte ein Lötmittel gewählt werden, dessen Temperaturbeständigkeit im Bereich zwischen 200°C und 450°C und eher im Bereich von 300°C bis 450°C liegt. Die fertige Lötverbindung sollte bei einer Betriebstemperatur eine Zugfestigkeit von min. 20 N/mm2 aufweisen. Das Einbringen der Einlage in das Motorgehäuse bzw. in einen Zylinder 12 erfolgt idealerweise in einer schraubenförmigen Bewegung, um ein flüssiges Flussmittel besser und gleichmäßiger auf den Lötflächen zu verteilen. For use in a high cylinder internal combustion engine, a solder should be selected whose temperature resistance ranges between 200 ° C and 450 ° C, and more preferably within the range of 300 ° C to 450 ° C. The finished solder joint should at a service temperature a tensile strength of min. 20 N / mm2. The introduction of the insert in the engine housing or in a cylinder 12 ideally, it is done in a helical motion to better and more evenly distribute a liquid flux on the pads.
  • Durch das Einlöten der dünnwandigen Einlage lässt sich eine Verbesserung der Spannungsverteilung im Gehäuse im Vergleich zu einem Einschweißen oder Eingießen oder einem Fügen mit Presspassung erreichen. Diese Verbesserung wirkt sich besonders im Stegbereich zwischen zwei benachbarten Zylindern aus. Gegenüber einem thermischen Schweißen treten beim Löten aufgrund der geringeren Temperaturbelastung keine Gefügeveränderungen oder Verspannungen an der Innenseite der Einlage, d. h. der Lauffläche, auf. Im Vergleich zu herkömmlichen Lötverfahren muss bei einer erfindungsgemäßen Einlage das Lötmittel nicht durch Kapillarkräfte den Lötspalt von außen komplett füllen.By soldering the thin-walled insert can be an improvement in the distribution of stress in the housing compared to a welding or pouring or joining with a press fit achieve. This improvement is particularly effective in the land area between two adjacent cylinders. In contrast to thermal welding, soldering does not cause structural changes or stresses on the inside of the insert due to the lower temperature load. H. the tread, on. In comparison with conventional soldering methods, in the case of an insert according to the invention, the solder does not have to completely fill the soldering gap from the outside by capillary forces.
  • Die Fertigungskosten von thermisch gespritzten Zylinderlaufbuchsen werden vom eingesetzten Beschichtungswerkstoff und in entscheidender Weise von der Wandstärke 8 der hergestellten Zylinderlaufbuchsen beeinflusst. Im Gegensatz zu herkömmlichen Zylinderlaufbuchsen, die als einzugießende Buchse ausgeführt sind, wird die erfindungsgemäße dünnwandige Einlage 2 mit einer Wandstärke 8 von nur 0,3 bis 1,3 mm hergestellt. Durch das Einlöten der Einlage wird lediglich eine geringere Lötverbindung durch niedrig-schmelzende Schichtbestandteile, die bereits bei Temperaturen zwischen 200° und 450°C oder zwischen 300° und 450°C in Schmelze gehen, mit dem Blockmaterial ermöglicht. Aufgrund der niedrigen Löttemperaturen treten keine Verzüge bzw. Spannungen auf. Aufgrund der geringeren Temperaturen kann die Wandstärke 8 der dünnwandigen Einlage 2 im Gegensatz zu einer herkömmlichen Zylinderlaufbuchse um ein Vielfaches dünner ausgeführt werden, was eine Einsparung hochwertiger und teuerer Materialien darstellt.The production costs of thermally sprayed cylinder liners are determined by the coating material used and, crucially, by the wall thickness 8th influenced the cylinder liners. In contrast to conventional cylinder liners, which are designed as einzugießende bush, the thin-walled insert according to the invention 2 with a wall thickness 8th made of only 0.3 to 1.3 mm. By soldering the insert is only a lower solder joint by low-melting layer constituents, which go even at temperatures between 200 ° and 450 ° C or between 300 ° and 450 ° C in melt, made possible with the block material. Due to the low soldering temperatures, no distortion or stress occurs. Due to the lower temperatures, the wall thickness 8th the thin-walled insert 2 in contrast to a conventional cylinder liner are made many times thinner, which represents a saving of high quality and expensive materials.
  • Im Gegensatz zu Innenbeschichtungen können diese extern gespritzten dünnwandigen Einlagen wesentlich einfacher und prozesssicherer hergestellt werden.In contrast to internal coatings, these externally sprayed thin-walled inserts can be made much easier and more reliable.
  • Die Einlage bildet ein mehrlagiges, zylindrisches Rohr mit mindestens zwei Lagen. Bei der äußeren Lage bzw. der zweiten Schicht handelt es sich um eine Anbindungsschicht, die durch einen thermischen Verbindungsprozess (Einschmelzen, Diffusion, Löten) mit dem Kurbelgehäuse- bzw. Zylindermaterial verbunden wird. Diese Technik kann im automotiven Bereich bzw. bei mittelschnelllaufenden Dieselmotoren sowie in industriellen Anwendungen (stationäre Motoren/Generatoren, Blockheizkraftwerke) eingesetzt werden.The insert forms a multilayer, cylindrical tube with at least two layers. The outer layer or the second layer is a bonding layer, which is connected to the crankcase or cylinder material by a thermal bonding process (melting, diffusion, brazing). This technology can be used in the automotive sector or in medium-speed diesel engines as well as in industrial applications (stationary motor / generators, combined heat and power plants).
  • Durch ein thermisch gespritztes, sehr dünnwandiges Inlett, vorzugsweise in einer Wandstärke von 0,3 mm bis 1,2 mm, kann eine Bewehrung der Lauffläche erzeugt werden, welche auf die Laufflächenfunktion (Verschleiß und Korrosion) abgestimmt ist.By a thermally sprayed, very thin-walled ticking, preferably in a wall thickness of 0.3 mm to 1.2 mm, a reinforcement of the tread can be generated, which is tailored to the tread function (wear and corrosion).
  • Das Inlett wird mittels Verfahren des thermischen Spritzens erzeugt. Vorzugsweise orientiert sich der Herstellungsprozess am Lichtbogen Drahtspritzverfahren. Es ist aber auch denkbar, Plasmaspritz-, Flammspritz- oder Drahtflammspritzverfahren zur Herstellung der Einlage einzusetzen.The inlay is produced by means of thermal spraying. Preferably, the manufacturing process is based on the arc wire spraying process. However, it is also conceivable to use plasma spraying, flame spraying or wire flame spraying methods for producing the insert.
  • Das so entstandene Inlett mit einer Wanddicke unter 1,5 mm, vorzugsweise mit einer Wanddicke von 0,3 bis 1,2 mm, kann sowohl in Aluminium-Motorblöcken als auch in Aluminium-Zylinder eingesetzt werden. Die Temperaturen während des Fügens liegen unterhalb der Schmelztemperaturen des Block- und Zylindermaterials im Bereich von 200°–450°, bevorzugt im Bereich von 300–450°C.The resulting inlay with a wall thickness of less than 1.5 mm, preferably with a wall thickness of 0.3 to 1.2 mm, can be used both in aluminum engine blocks and in aluminum cylinders. The temperatures during the joining are below the melting temperatures of the block and cylinder material in the range of 200 ° -450 °, preferably in the range of 300-450 ° C.
  • Anschließend wird die Einlage mit dem Motorblock bzw. dem Zylinder verbunden. Es bietet sich das Einlöten an.Subsequently, the insert is connected to the engine block or the cylinder. It offers itself to the soldering.
  • Beim Einlöten der Einlage die zweite Schicht am Außendurchmesser der Einlage durch einen Lötprozess mit der Innenfläche des Motorblocks bzw. des Zylinders verbunden.When soldering the insert, the second layer on the outer diameter of the insert by a soldering process with the inner surface of the engine block or the cylinder connected.
  • Es ist ebenfalls möglich, zunächst eine Motorblock-Zwischenschicht auf die Innenfläche des Motorblocks bzw. des Zylinders aufzubringen. Diese Motorblock-Zwischenschicht kann z. B. durch thermisches Spritzen oder einen Lötprozess aufgebracht werden.It is also possible to first apply an engine block intermediate layer on the inner surface of the engine block or the cylinder. This engine block intermediate layer can, for. B. be applied by thermal spraying or a soldering process.
  • Wenn die Motorblock-Zwischenschicht den gleichen Schmelzpunkt aufweist wie die zweite Schicht der Einlage, können der Motorblock und die Einlage durch ein gemeinsames Aufschmelzen der Motorblock-Zwischenschicht und der zweiten Schicht miteinander verbunden werden.When the engine block intermediate layer has the same melting point as the second layer of the liner, the engine block and the liner can be bonded together by co-melting the engine block intermediate layer and the second layer.
  • Wenn die Motorblock-Zwischenschicht aus dem gleichen Material besteht wie die zweite Schicht der Einlage, bewirkt ein gemeinsames Aufschmelzen der Motorblock-Zwischenschicht und der zweiten Schicht, dass die Motorblock-Zwischenschicht und die zweite Schicht der Einlage miteinander verschweißt werden.When the engine block intermediate layer is made of the same material as the second layer of the liner, co-melting of the engine block intermediate layer and the second layer causes the engine block intermediate layer and the second layer of the liner to be welded together.
  • Das Verlöten bzw. das Verschweißen kann mittels lokaler Erwärmung oder Erwärmung des gesamten Verbundes mit der Verbindungsschicht am Außendurchmesser des Rohres erreicht werden. The soldering or welding can be achieved by means of local heating or heating of the entire composite with the bonding layer on the outer diameter of the tube.
  • Als Löt- (bzw. Schweiß-)Verfahren eignen sich das Induktions-, Widerstands- und das Ultraschall-Lötverfahren. Es ist aber auch denkbar, mehrere dieser Lötverfahren zu kombinieren, um beispielsweise eine besonders schnelle Erwärmung der Einlage zu erreichen.As soldering (or welding) method are the induction, resistance and ultrasonic soldering. But it is also conceivable to combine several of these soldering, for example, to achieve a particularly rapid heating of the insert.
  • Bei Lötverfahren mit Aluminium-Motorblöcken stellt das Aufbrechen der Aluminiumoxidschicht bei Al-Kurbelgehäusen dar. Das Aufbrechen von Oxidschichten kann durch ein Ultraschallverfahren erreicht werden, indem durch Kavitation die Oxidschicht gelöst wird. Es ist ebenfalls möglich, eine Oxidschicht durch Verwendung eines Flussmittels chemisch zu entfernen. Das Flussmittel kann entweder von außen zugeführt werden oder bereits in die Verbindungsschicht am Außendurchmesser des Inletts bzw. der Einlage integriert sein. Die Integration des Flussmittels kann dabei zum Beispiel durch das Eintauchen der porösen Spritzschicht in ein Flussmittelbad oder andere Verfahren, z. B. Aufsprühen oder Aufpinseln erfolgen. Eine weitere Möglichkeit, die Oberfläche zu aktivieren, stellt eine mechanische Bearbeitung wie ein Aufrauen, z. B. mit Bürsten, dar, das direkt vor dem Einbringen der Einlage durchgeführt werden muss.In aluminum engine block soldering processes, the breaking of the aluminum oxide layer in Al crankcases presents. The breaking up of oxide layers can be achieved by an ultrasonic process by cavitation dissolving the oxide layer. It is also possible to chemically remove an oxide layer by using a flux. The flux can either be supplied from the outside or already integrated into the connection layer at the outside diameter of the insert or the insert. The integration of the flux can, for example, by immersing the porous sprayed layer in a flux bath or other methods, eg. B. spraying or brushing done. Another way to activate the surface is mechanical processing such as roughening, e.g. As with brushes, which must be performed directly before the introduction of the insert.
  • Für den eigentlichen Löt- (bzw. Schweiß-)Vorgang kann ein Induktions-Lötverfahren oder auch ein Widerstands-Lötverfahren verwendet werden. Beide Verfahren leiten sehr gezielt und schnell die benötigte Energie in das Material ein. Da sich die Erwärmung nur lokal einstellt, werden thermisch bedingte Gefügeumwandlungen oder auch Verzüge an angrenzenden Bauteilen wie z. B. des Al-Kurbelgehäuses weitgehend vermieden.For the actual soldering (or welding) process, an induction soldering process or even a resistance soldering process can be used. Both methods are very targeted and quickly introduce the required energy into the material. Since the heating only sets locally, thermally induced structural changes or distortions on adjacent components such. B. the Al-crankcase largely avoided.
  • Der genaue Aufbau der mehrschichtigen Einlage kann dabei auf verschiedene Anforderungen abgestimmt werden. Die Einlage umfasst mindestens zwei Funktionsschichten: die erste Schicht, die tribologisch optimiert als Laufschicht dient, und die zweite Schicht, eine für den thermischen Anbindungsprozess angepasste Verbindungsschicht. Zwischen diesen beiden Schichten können zusätzlich eine oder mehrere Zwischenschichten aufgebracht werden, die verschiedene Funktionen erfüllen können.The exact structure of the multilayer insert can be tailored to different requirements. The insert comprises at least two functional layers: the first layer, which serves tribologically optimized as a running layer, and the second layer, a connection layer adapted for the thermal bonding process. In addition, one or more intermediate layers can be applied between these two layers, which can fulfill various functions.
  • Zur Herstellung der Verbindungsschicht am Außendurchmesser kommt thermisches Spritzen zum Einsatz. Durch den Einsatz von Fülldrähten bzw. mindestens zwei verschiedenen Drahtmaterialien mit unterschiedlichen Vorschubgeschwindigkeiten können Legierungen bzw. gradierte Schichten variabel hergestellt werden. Die notwendige Schmelztemperatur bzw. Schmelzmenge kann durch den Beschichtungsprozess (Vorschubgeschwindigkeiten der Drähte) bzw. durch die Drahtwerkstoffe eingestellt werden. Eine höherschmelzende Phase verbessert die Stabilität des Inletts beim Einlötprozess. Durch den zusätzlichen Einsatz einer Zwischenschicht (0,1–2 mm) zwischen der zweiten Schicht und der ersten Schicht können zusätzliche Anforderungen erfüllt werden. Es ist möglich, durch eine Aluminium-Basislegierung eine bessere oder durch eine Eisen-Basislegierung mit Keramikpartikeln eine schlechtere Wärmeleitfähigkeit einzustellen. Es ist ebenfalls möglich, unterschiedliche Wärmeausdehnungen der beiden Hauptschichten durch die Wahl der Legierungen aneinander anzugleichen.For the production of the bonding layer on the outer diameter thermal spraying is used. Through the use of cored wires or at least two different wire materials with different feed rates alloys or graded layers can be made variable. The necessary melting temperature or melt quantity can be set by the coating process (feed rates of the wires) or by the wire materials. A higher melting phase improves the stability of the inlet during the soldering process. The additional use of an intermediate layer (0.1-2 mm) between the second layer and the first layer allows additional requirements to be met. It is possible to set a better thermal conductivity by using an aluminum base alloy or by using an iron-based alloy containing ceramic particles. It is also possible to match different thermal expansions of the two main layers by the choice of alloys to each other.
  • Durch das Löten ist es möglich, Bauteilspannungen zu reduzieren und das tribologische System zu optimieren. Durch das Einlöten von Einlagen kann die Spannungsverteilung im Gehäuse besonders im Stegbereich verbessert werden, da das Inlett nicht mehr durch eine Presspassung gefügt werden muss. Durch die intermetallische Verbindung wird die Wärmeabfuhr verbessert bzw. es können auch im Stegbereich größere Kühlkanäle sicher eingebracht werden. Durch diese Maßnahmen kann die Viskosität des Öles und somit die Tribologie einer Verbrennungskraftmaschine verbessert werden.By soldering, it is possible to reduce component stresses and to optimize the tribological system. By soldering in inserts, the stress distribution in the housing can be improved, especially in the web area, since the insert no longer has to be joined by a press fit. The intermetallic compound improves the heat dissipation or larger cooling channels can also be safely introduced in the land area. By these measures, the viscosity of the oil and thus the tribology of an internal combustion engine can be improved.
  • Aufgrund des externen Spritzens eines Inletts können die Anforderungen/Eigenschaften im Vergleich zu einer Innenbeschichtung deutlich besser umgesetzt werden. Durch den Einsatz unterschiedlicher, den Anforderungen angepasster Schichtmaterialien (St, FeAl, CuAl, AlSiC, PTFE ..) bzw. die Gestaltung der Laufbahn durch gezielt gesteuerte Porengrößen kann signifikant der Zylinderverschleiß über den Kolbenhub reduziert werden.Due to the external spraying of an inlay, the requirements / properties can be implemented much better compared to an inner coating. The use of different coating materials adapted to the requirements (St, FeAl, CuAl, AlSiC, PTFE ..) or the design of the raceway through specifically controlled pore sizes can significantly reduce the cylinder wear over the piston stroke.
  • Im Gegensatz zu Innenbeschichtungen können extern gespritzte, dünnwandige Inletts wesentlich einfacher und prozesssicherer hergestellt werden. Aufgrund des thermischen Fügeprozesses und dem damit verbundenen Spaltmaß kann auf einen hochgenauen Fügeprozess verzichtet werden.In contrast to interior coatings, externally sprayed, thin-walled inlays can be made much easier and more process-reliable. Due to the thermal joining process and the associated gap size can be dispensed with a high-precision joining process.
  • BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
  • 22
    dünnwandige Einlagethin-walled insert
    44
    erste Schichtfirst shift
    66
    zweite Schicht, Lötschichtsecond layer, solder layer
    77
    Zwischenschichtinterlayer
    88th
    Wandstärke der ersten SchichtWall thickness of the first layer
    1010
    Lötspalt/Wandstärke der zweiten SchichtSoldering gap / wall thickness of the second layer
    1212
    ZylinderlaufbucheCylinder Beech
    1414
    Zylindercylinder
    1616
    Motorgehäuse/MotorblockCrankcase / engine block
    2020
    Bereich mit größeren PorenArea with larger pores
    2222
    Zylinderlaufbuche mit konischer ZylinderbohrungCylinder liner with conical cylinder bore
    24 24
    Zylinder mit konischer ZylinderbohrungCylinder with conical cylinder bore
    2626
    Motorgehäuse/Motorblock mit konischer ZylinderbohrungMotor housing / engine block with conical cylinder bore
    2828
    Struktur in der Laufbuchse/dem Zylinder/dem MotorblockStructure in the bushing / cylinder / engine block
    3030
    Struktur in der zweiten SchichtStructure in the second layer
    4242
    KühlwasserkanäleCooling water passages
    4444
    örtliche Erwärmunglocal warming
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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  • Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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Claims (29)

  1. Dünnwandige Einlage (2) für einen Zylinder einer Kolbenmaschine, umfassend eine erste Schicht, und eine zweite Schicht, die durch thermisches Spritzen außen auf die erste Schicht aufgebracht ist und niedrig-schmelzende Bestandteile umfasst, wobei die dünnwandige Einlage (2) eine Wandstärke (8) zwischen 0,2 und 2,8 mm, bevorzugt zwischen 0,3 und 2,0 und weiter bevorzugt zwischen 0,3 und 1,2 mm aufweist.Thin-walled insert ( 2 ) for a cylinder of a piston machine, comprising a first layer, and a second layer, which is applied by external thermal spraying on the first layer and low-melting constituents, wherein the thin-walled insert ( 2 ) a wall thickness ( 8th ) between 0.2 and 2.8 mm, preferably between 0.3 and 2.0 and more preferably between 0.3 and 1.2 mm.
  2. Dünnwandige Einlage (2) für einen Zylinder einer Kolbenmaschine gemäß Anspruch 1, wobei auch die erste Schicht durch thermisches Spritzen hergestellt ist, und/oder wobei die zweite Schicht nur niedrigschmelzende Anteile umfasst, und/oder wobei die zweite Schicht nur aus einem niedrigschmelzenden Material besteht.Thin-walled insert ( 2 ) for a cylinder of a reciprocating engine according to claim 1, wherein also the first layer is produced by thermal spraying, and / or wherein the second layer comprises only low-melting fractions, and / or wherein the second layer consists only of a low-melting material.
  3. Dünnwandige Einlage (2) für einen Zylinder einer Kolbenmaschine gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die zweite Schicht zwei verschiedene nebeneinanderliegende oder übereinanderliegende Werkstoffe oder gradierte Schichten oder eine Pseudolegierung umfasst, wobei höher-schmelzende und niedrig-schmelzende Phasen nebeneinander bzw. aufeinander in der Schicht vorliegen, bevorzugt Al oder AlSi Phasen neben bzw. auf Sn, Zn, Zn/Al Phasen.Thin-walled insert ( 2 ) for a cylinder of a reciprocating engine according to claim 1 or 2, wherein the second layer comprises two different juxtaposed or superimposed materials or graded layers or a pseudo alloy, wherein higher melting and low melting phases are adjacent to each other in the layer, preferably Al or AlSi phases next to or on Sn, Zn, Zn / Al phases.
  4. Dünnwandige Einlage (2) für einen Zylinder einer Kolbenmaschine gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die niedrig-schmelzenden Bestandteile einen Schmelzpunkt zwischen 200°–450° Celsius, bevorzugt zwischen 300° und 450° Celsius, aufweisen, und Werkstoffkombinationen aus Al, Zn und Sn wie AlSn50, ZnSn50, AlZn15 umfassen können, und die weitere Legierungselemente wie Bi oder Si enthalten können.Thin-walled insert ( 2 ) for a cylinder of a piston engine according to one of the preceding claims, wherein the low-melting constituents have a melting point between 200 ° -450 ° Celsius, preferably between 300 ° and 450 ° Celsius, and material combinations of Al, Zn and Sn such as AlSn50, ZnSn50, AlZn15, and may contain other alloying elements such as Bi or Si.
  5. Dünnwandige Einlage (2) für einen Zylinder einer Kolbenmaschine gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Außenfläche der zweiten Schicht nach dem Aufspritzen bearbeitet wird, um eine definierte Oberflächenform oder Oberflächenrauigkeit oder eine definierte Oberflächenstruktur der zweiten Schicht zu erhalten.Thin-walled insert ( 2 ) for a cylinder of a reciprocating engine according to any one of the preceding claims, wherein an outer surface of the second layer after the spraying is processed to obtain a defined surface shape or surface roughness or a defined surface structure of the second layer.
  6. Dünnwandige Einlage (2) für einen Zylinder einer Kolbenmaschine gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, weiter umfassend eine Flussmittelbeschichtung, die außen auf der zweiten Schicht aufgebracht oder in die Struktur der zweiten Schicht eingebracht ist, wobei, sofern abhängig von Anspruch 5, das Flussmittel in die definierte Oberflächenstruktur eingebracht ist, und/oder wobei das Flussmittel – eine Mischung, die 10–25% Ammoniumtetraflouroborat, 20–50% 2-(2-Aminoethylamino)-ethanol, 1–10% Zinkpulver-Zinkstaub (stabilisiert) und 5–15% Zinkoxid umfasst, – eine Mischung, die die Ammoniumflouroborat, Aminoethylolamin, Zink und Zinkoxid umfasst, oder – einen Komplex der 53–62% Cäsium, 7–12% Aluminium, 28–38% Fluor und maximal 3,5%LOH umfasst, umfasst.Thin-walled insert ( 2 ) for a cylinder of a piston engine according to any one of the preceding claims, further comprising a flux coating applied externally on the second layer or incorporated in the structure of the second layer, wherein, as dependent on claim 5, the flux is incorporated in the defined surface structure and / or wherein the flux - a mixture comprising 10-25% ammonium tetrafluoroborate, 20-50% 2- (2-aminoethylamino) ethanol, 1-10% zinc powder zinc stabilized and 5-15% zinc oxide, A mixture comprising the ammonium fluoroborate, aminoethylolamine, zinc and zinc oxide, or - a complex comprising 53-62% cesium, 7-12% aluminum, 28-38% fluorine and at most 3.5% LOH.
  7. Dünnwandige Einlage (2) für einen Zylinder einer Kolbenmaschine gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste Schicht eine Dicke von 0,1–1,0 mm aufweist und/oder eine Eisenbasislegierung wie niedriglegierte Eisenwerkstoffe wie FeC0,8 oder hoch hochlegierte Eisenbasiswerkstoffe mit einem Chromgehalt von 5–21% umfasst, die bevorzugt keramische Bestandteile enthält.Thin-walled insert ( 2 ) for a cylinder of a piston engine according to one of the preceding claims, wherein the first layer has a thickness of 0.1-1.0 mm and / or an iron-based alloy such as low-alloyed iron materials such as FeC0.8 or high-alloyed iron base materials with a chromium content of 5 21%, which preferably contains ceramic constituents.
  8. Dünnwandige Einlage (2) für einen Zylinder einer Kolbenmaschine gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die zweite Schicht eine Dicke von 0,1–0,5mm aufweist.Thin-walled insert ( 2 ) for a cylinder of a piston engine according to any one of the preceding claims, wherein the second layer has a thickness of 0.1-0.5mm.
  9. Dünnwandige Einlage (2) für einen Zylinder einer Kolbenmaschine gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, weiter umfassend mindestens eine Zwischenschicht (7) zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht.Thin-walled insert ( 2 ) for a cylinder of a piston engine according to one of the preceding claims, further comprising at least one intermediate layer ( 7 ) between the first layer and the second layer.
  10. Dünnwandige Einlage (2) für einen Zylinder einer Kolbenmaschine gemäß Anspruch 9, die mindestens eine Zwischenschicht (7) eine Dicke von 0,1–2 mm aufweist und/oder eine Al-Basislegierung oder eine Eisenbasislegierung umfasst, die bevorzugt Keramikpartikel enthält.Thin-walled insert ( 2 ) for a cylinder of a piston engine according to claim 9, the at least one intermediate layer ( 7 ) has a thickness of 0.1-2 mm and / or comprises an Al-based alloy or an iron-based alloy, which preferably contains ceramic particles.
  11. Dünnwandige Einlage (2) für einen Zylinder einer Kolbenmaschine gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Porengröße und/oder die Porendichte auf der Innenseite der dünnwandigen Einlage in Längsrichtung und/oder in Umfangsrichtung verändert.Thin-walled insert ( 2 ) for a cylinder of a piston engine according to one of the preceding claims, characterized in that the pore size and / or the pore density on the inside of the thin-walled insert changes in the longitudinal direction and / or in the circumferential direction.
  12. Dünnwandige Einlage (2) für einen Zylinder einer Kolbenmaschine gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenfläche der dünnwandigen Einlage (2) konisch ist, wobei die der Außendurchmesser der Buchse von oben nach unten einen Unterschied von 0,05 bis 0,5 mm aufweißt.Thin-walled insert ( 2 ) for a cylinder of a piston engine according to one of the preceding claims, characterized in that the outer surface of the thin-walled insert ( 2 ) is conical, wherein the outer diameter of the bush from top to bottom has a difference of 0.05 to 0.5 mm.
  13. Zylinder (24) oder Motorblock (26) für eine Kolbenmaschine, gekennzeichnet durch mindestens eine eingelötete dünnwandige Einlage nach einem der vorstehenden Ansprüche l bis 12.Cylinder ( 24 ) or engine block ( 26 ) for a piston machine, characterized by at least one soldered thin-walled insert according to one of the preceding claims 1 to 12.
  14. Zylinder (24) oder Motorblock (26) aus Aluminium für eine Kolbenmaschine, gekennzeichnet durch eine Innenbeschichtung aus einem Lötmittel, wobei die Innenbeschichtung zwei verschiedene nebeneinanderliegende oder übereinanderliegende Werkstoffe oder gradierte Schichten oder eine Pseudolegierung umfasst, wobei höher-schmelzende und niedrig-schmelzende Phasen nebeneinander bzw. aufeinander in der Schicht vorliegen, bevorzugt Al oder AlSi Partikel neben bzw. auf Sn Partikel, vorgesehen zum Einlöten einer dünnwandigen Einlage nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 12.Cylinder ( 24 ) or engine block ( 26 ) made of aluminum for a piston machine, characterized by an inner coating of a solder, wherein the inner coating two different juxtaposed or superimposed Materials or graded layers or a pseudo alloy comprises, wherein higher-melting and low-melting phases adjacent to each other or in the layer, preferably Al or AlSi particles next to or on Sn particles, provided for soldering a thin-walled insert according to one of the preceding claims 1 to 12.
  15. Kolbenmaschine gekennzeichnet durch mindestens eine dünnwandige Einlage (12, 22, 32) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 oder einem Zylinder (24) oder einem Motorblock (26) gemäß Anspruch 13 oder 14.Piston machine characterized by at least one thin-walled insert ( 12 . 22 . 32 ) according to one of claims 1 to 12 or a cylinder ( 24 ) or an engine block ( 26 ) according to claim 13 or 14.
  16. Verfahren zum Herstellen einer dünnwandigen Einlage (2, 4) für einen Zylinder gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, umfassend: – Bereitstellen einer ersten Schicht einer dünnwandigen Einlage, – Aufspritzen einer zweiten Schicht, die niedrig-schmelzende Bestandteile umfasst, außen auf die erste Schicht mittels thermischen Spritzens, sodass die dünnwandige Einlage (2, 4) eine Wandstärke (8) zwischen 0,2 bis 2,8 mm, bevorzugt zwischen 0,3 und 2,0 mm und weiter bevorzugt zwischen 0,3 und 1,2 mm aufweist.Method for producing a thin-walled insert ( 2 . 4 ) for a cylinder according to one of claims 1 to 12, comprising: - providing a first layer of thin-walled insert, - spraying a second layer comprising low-melting constituents on the outside of the first layer by means of thermal spraying, so that the thin-walled insert ( 2 . 4 ) a wall thickness ( 8th ) between 0.2 to 2.8 mm, preferably between 0.3 and 2.0 mm and more preferably between 0.3 and 1.2 mm.
  17. Verfahren zum Herstellen einer dünnwandigen Einlage (2, 4) gemäß Anspruch 16, weiter umfassend: wobei das Bereitstellen der ersten Schicht umfasst: – Bereitstellen eines im Wesentlichen zylindrischen Kerns, – Aufspritzen einer ersten Schicht einer rohrförmigen, dünnwandigen Einlage (2, 4) auf den bereitgestellten Kern und wobei das Verfahren weiter umfasst: – Entfernen des zylindrischen Kerns, und – Bearbeiten der Enden und/oder der Außenfläche der dünnwandigen Einlage (2, 4).Method for producing a thin-walled insert ( 2 . 4 ) according to claim 16, further comprising: wherein the provision of the first layer comprises: - providing a substantially cylindrical core, - spraying a first layer of a tubular, thin-walled insert ( 2 . 4 ) on the provided core and wherein the method further comprises: - removing the cylindrical core, and - machining the ends and / or the outer surface of the thin-walled insert ( 2 . 4 ).
  18. Verfahren zum Herstellen einer dünnwandigen Einlage (2, 4) gemäß Anspruch 16 oder 17, wobei die zweite Schicht aus zwei verschiedenen Werkstoffen gespritzt wird, die dann in der Schicht nebeneinander oder übereinander liege und eine gradierte Schicht oder eine Pseudolegierung bilden, wobei höher-schmelzende und niedrigschmelzende Phasen nebeneinander bzw. aufeinander in der Schicht vorliegen, bevorzugt Al oder AlSi Phasen neben bzw. auf Sn, Zn, Zn/Al Phasen.Method for producing a thin-walled insert ( 2 . 4 ) according to claim 16 or 17, wherein the second layer is injection molded from two different materials which are then juxtaposed or superimposed in the layer to form a graded layer or a pseudo alloy, higher melting and low melting phases side by side in the layer are present, preferably Al or AlSi phases in addition to or on Sn, Zn, Zn / Al phases.
  19. Verfahren zum Herstellen einer dünnwandigen Einlage (2, 4) gemäß einem der Ansprüche 16 bis 18, weiter umfassend Bearbeiten einer Außenfläche der zweiten Schicht, um eine definierte Oberflächenform oder Oberflächenrauigkeit oder eine definierte Oberflächenstruktur der zweiten Schicht zu erhalten.Method for producing a thin-walled insert ( 2 . 4 ) according to any one of claims 16 to 18, further comprising processing an outer surface of the second layer to obtain a defined surface shape or surface roughness or a defined surface structure of the second layer.
  20. Verfahren zum Herstellen einer dünnwandigen Einlage (2, 4) gemäß einem der Ansprüche 16 bis 19, weiter umfassend: Aufbringen einer Flussmittelbeschichtung außen auf die zweite Schicht, wobei das Flussmittel bevorzugt in vorhandene oder durch Bearbeiten erzeugte Oberflächenstrukturen eingebracht wird, und/oder wobei das Flussmittel eine Mischung die 10–25% Ammoniumtetraflouroborat, 20–50% 2-(2-Aminoethylamino)-ethanol, 1–10% Zinkpulver-Zinkstaub (stabilisiert) und 5–15% Zinkoxid umfasst, eine Mischung die Ammoniumflouroborat, Aminoethylolamin, Zink und Zinkoxid umfasst, oder einen Komplex der 53–62% Cäsium, 7–12% Aluminium, 28–38% Fluor und maximal 3,5%LOH umfasst, umfasst.Method for producing a thin-walled insert ( 2 . 4 ) according to any one of claims 16 to 19, further comprising: applying a flux coating to the outside of the second layer, wherein the flux is preferably incorporated into existing or machined surface structures, and / or wherein the flux is a mixture of 10-25% ammonium tetrafluoroborate, 20-50% 2- (2-aminoethylamino) ethanol, 1-10% zinc powder zinc stabilized and 5-15% zinc oxide, a mixture comprising ammonium fluoroborate, aminoethylolamine, zinc and zinc oxide, or a complex of 53-50% zinc oxide; 62% cesium, 7-12% aluminum, 28-38% fluorine and a maximum of 3.5% LOH comprises.
  21. Verfahren zum Herstellen einer dünnwandigen Einlage (2, 4) gemäß einem der Ansprüche 16 bis 20, weiter umfassend: Aufbringen mindestens einer Zwischenschicht (7) auf die erste Schicht, bevor die zweite Schicht aufgebracht wird.Method for producing a thin-walled insert ( 2 . 4 ) according to any one of claims 16 to 20, further comprising: applying at least one intermediate layer ( 7 ) on the first layer before the second layer is applied.
  22. Verfahren zum Herstellen einer dünnwandigen Einlage (2, 4) gemäß einem der Ansprüche 16 bis 21, weiter umfassend Aufbringen mindestens einer Einlaufschicht oder einer Beschichtung umfassend Fe, FeAl, CuAl oder AlSiC, auf den Kern, bevor die dünnwandige Einlage (2, 4) aufgespritzt wird.Method for producing a thin-walled insert ( 2 . 4 ) according to any one of claims 16 to 21, further comprising applying at least one run-in layer or a coating comprising Fe, FeAl, CuAl or AlSiC to the core before the thin-walled insert ( 2 . 4 ) is sprayed on.
  23. Verfahren zum Herstellen einer dünnwandigen Einlage (2, 4) gemäß einem der Ansprüche 16 bis 22, wobei die Außenfläche der dünnwandigen Einlage (2) durch das Aufspritzen und/oder durch eine Nachbearbeitung konisch ausgeführt wird, oder wobei der Spritzvorgang der ersten und/oder der zweiten Schicht so gesteuert wird, dass sich die Porengröße und/oder die Porendichte auf der Innenseite der ersten Schicht und/oder auf der Außenseite der zweiten Schicht in Längsrichtung und/oder in Umfangsrichtung verändert.Method for producing a thin-walled insert ( 2 . 4 ) according to one of claims 16 to 22, wherein the outer surface of the thin-walled insert ( 2 ) is performed conically by the spraying and / or by a post-processing, or wherein the injection process of the first and / or the second layer is controlled so that the pore size and / or the pore density on the inside of the first layer and / or on the Outside of the second layer changed in the longitudinal direction and / or in the circumferential direction.
  24. Verfahren zum Herstellen eines Zylinders (24) oder eines Motorblocks (26) mit mindestens einer eingelöteten dünnwandigen Einlage nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 12, weiter umfassend Einlöten der dünnwandigen Einlage in die Innenfläche eines Zylinders (24) oder weiter umfassend Einlöten von dünnwandigen Einlagen in die jeweiligen Innenflächen von Zylindern eines Zylinderblocks.Method for producing a cylinder ( 24 ) or an engine block ( 26 ) comprising at least one soldered thin-walled insert according to one of the preceding claims 1 to 12, further comprising soldering the thin-walled insert into the inner surface of a cylinder ( 24 or further comprising soldering thin-walled inserts into respective inner surfaces of cylinders of a cylinder block.
  25. Verfahren nach Anspruch 24, wobei die Einlage bei einer Temperatur zwischen 200° und 450° Celsius, bevorzugt zwischen 300° und 450° Celsius, verlötet wird.The method of claim 24, wherein the insert is soldered at a temperature between 200 ° and 450 ° Celsius, preferably between 300 ° and 450 ° Celsius.
  26. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 oder 25, wobei das Einlöten durch eine örtlich begrenzte Erwärmung der Einlage (2) verlötet wird, wobei die örtlich begrenzte Erwärmung an verschiedenen Stellen wiederholt wird oder wobei eine örtlich begrenzte Erwärmung über die Innenseite der Einlage (2) bewegt wird.Method according to one of claims 24 or 25, wherein the soldering by a localized Heating of the deposit ( 2 ), wherein the localized heating is repeated at various locations or where a localized heating over the inside of the insert ( 2 ) is moved.
  27. Verfahren Anspruch 24, 25, oder 26, wobei das Einlöten durch eine Erwärmung der gesamten Einlage verlötet wird.A method according to claim 24, 25 or 26, wherein the soldering is brazed by heating the entire insert.
  28. Verfahren Anspruch 27, wobei die gesamte Einlage plötzlich durch Induktionsheizung deutlich über 450°C erwärmt wird, und/oder wobei das Verfahren weiter ein Bewegen der erwärmten Einlage in dem Zylinder umfasst.The method of claim 27, wherein the entire liner is suddenly heated significantly above 450 ° C by induction heating, and / or wherein the method further comprises moving the heated liner in the cylinder.
  29. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 28, weiter umfassend: Aufbringen eines Flussmittels auf die Außenseite der Einlage und/oder auf die Innenseite des Zylinders, und/oder Aufbringen einer Lötmittelschicht auf die Innenseite des Zylinders vor dem Einlöten.The method of any of claims 24 to 28, further comprising: Applying a flux to the outside of the insert and / or on the inside of the cylinder, and / or Apply a solder layer to the inside of the cylinder before soldering.
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