DE102016013932A1

DE102016013932A1 - Method for processing a running surface of a cylinder liner for an internal combustion engine

Info

Publication number: DE102016013932A1
Application number: DE102016013932.3A
Authority: DE
Inventors: Michael Lahres; Detlef Nowotni
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2016-11-22
Filing date: 2016-11-22
Publication date: 2018-05-24

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Glätten einer Lauffläche (7) einer Zylinderlaufbuchse (8) für eine Brennkraftmaschine. Gemäß dem Verfahren wird die Lauffläche einer Zylinderlaufbuchse mittels Flakottieren bearbeitet, so dass die Lauffläche nach dem Flakottieren folgende Rauwerte aufweist: Rpk = 0,01 bis 0,4 µm, Rk= 0,01 bis 1 µm, Rvk = 0,2 bis 5 µm. Dabei ist Rvk die reduzierte Riefentiefe nach DIN-Norm 4776, Rk die Kernrauhtiefe nach DIN-Norm 4776 und Rpk die reduzierte Spitzenhöhe nach DIN-Norm 4776.The invention relates to a method for smoothing a running surface (7) of a cylinder liner (8) for an internal combustion engine. According to the method, the tread of a cylinder liner is machined by means of flakking, so that the tread has the following rough values after flakying: Rpk = 0.01 to 0.4 μm, Rk = 0.01 to 1 μm, Rvk = 0.2 to 5 microns. Rvk is the reduced groove depth according to DIN standard 4776, Rk the core roughness depth according to DIN standard 4776 and Rpk the reduced tip height according to DIN standard 4776.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten einer Lauffläche einer Komponente einer Brennkraftmaschine. Die Erfindung betrifft außerdem eine Zylinderlaufbuchse, die insbesondere unter Durchführung dieses Verfahrens hergestellt ist.The invention relates to a method for processing a running surface of a component of an internal combustion engine. The invention also relates to a cylinder liner, which is produced in particular by carrying out this method.

Die EP 1 663 581 B1 offenbart ein Werkzeug zur Bearbeitung von Laufflächen, Kantenbereichen und Konturen.The EP 1 663 581 B1 discloses a tool for machining treads, edge regions and contours.

Die DE 10 2011 118 588 A1 behandelt ein Verfahren zum Bearbeiten einer Zylinderbohrung eines Verbrennungsmotors mittels Honen.The DE 10 2011 118 588 A1 deals with a method for machining a cylinder bore of an internal combustion engine by honing.

Die DE 10 2013 223 011 A1 behandelt ein Verfahren zur Herstellung einer hinsichtlich Reibung und Verschleiß optimierten Zylinderlaufbahn einer Brennkraftmaschine. Gemäß dem Verfahren wird ein Werkstück vorbearbeitet und die Lauffläche des Werkstücks mittels Honen oder Feinbohren aktiviert. Anschließend wird mittels Elektrolyse auf die aktivierte Lauffläche eine verschleißfeste Beschichtung aufgebracht.The DE 10 2013 223 011 A1 deals with a method for producing a friction and wear optimized cylinder bore of an internal combustion engine. According to the method, a workpiece is preprocessed and the tread of the workpiece is activated by honing or fine boring. Subsequently, by means of electrolysis, a wear-resistant coating is applied to the activated running surface.

Vor dem Hintergrund des voranstehend genannten Standes der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Laufflächenbearbeitung einer Zylinderlaufbuchse einer Brennkraftmaschine zu schaffen, mittels welchem insbesondere eine verbesserte Glättung der Lauffläche erzielt werden kann. Außerdem ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Zylinderlaufbuchse zu schaffen, die eine Lauffläche mit gegenüber herkömmlichen Zylinderlaufbuchsen verbesserter Glättung besitzt.In view of the above-mentioned prior art, it is an object of the present invention to provide an improved method for tread machining of a cylinder liner of an internal combustion engine, by means of which in particular an improved smoothing of the tread can be achieved. In addition, it is an object of the present invention to provide a cylinder liner having a tread with improved smoothing over conventional cylinder liners.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.This object is solved by the subject matter of the independent patent claims. Preferred embodiments are subject of the dependent claims.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird die Lauffläche einer Zylinderlaufbuchse mittels Flakottieren bearbeitet, so dass die Lauffläche nach dem Flakottieren folgende Rauwerte aufweist: Rpk = 0,01 bis 0,4 µm, Rk = 0,01 bis 1 µm, Rvk = 0,2 bis 5 µm. Dabei ist Rvk die reduzierte Riefentiefe nach DIN-Norm 4776 , Rk die Kernrauhtiefe nach DIN-Norm 4776 und Rpk die reduzierte Spitzenhöhe nach DIN-Norm 4776 .In the method according to the invention, the running surface of a cylinder liner is machined by means of flakoting, so that the tread has the following rough values after flaking: Rpk = 0.01 to 0.4 μm, Rk = 0.01 to 1 μm, Rvk = 0.2 to 5 microns. In doing so, Rvk is following the reduced depth of the ridge DIN standard 4776 , Rk the kernel roughness depth DIN standard 4776 and Rpk the reduced peak height after DIN standard 4776 ,

Besagte Glättung der Lauffläche wird durch Verwendung von Flakkotier-Werkzeugen erreicht, die auf der Lauffläche der Zylinderlaufbuchse eine Glättung vornehmen. Auf diese Weise kann eine extrem glatte, plateauähnliche Lauffläche erzeugt werden, ohne dass die Lauffläche hierfür zwingend nachträglich gehont werden müsste. Die Anwendung des Flakottierverfahrens erlaubt einen teilweisen oder vollständigen Verzicht auf ein Finish-Honen, wie es bislang bei der Herstellung von Zylinderlaufbuchse üblich war.Said smoothing of the tread is achieved by using Flakkotier tools that smooth on the running surface of the cylinder liner. In this way, an extremely smooth, plateau-like tread can be produced without the tread would necessarily have to be honed for this later. The use of the flasking method allows a partial or complete abandonment of finish honing, as has heretofore been common in the manufacture of cylinder liners.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird das Flakkotieren mittels einer Vorrichtung durchgeführt, welche Schleifkörner aus cBN, SiC oder Diamant aufweist, die in Filamente aus Kunststofffasern eingebettet sind.In a preferred embodiment, the flak-marking is performed by means of a device comprising abrasive grains of cBN, SiC or diamond embedded in filaments of plastic fibers.

Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Zylinderlaufbuchse für eine Brennkraftmaschine. Bevorzugt ist diese Zylinderlaufbuchse unter Durchführung des vorangehend vorgestellten, erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt, so dass sich die Vorteile des Verfahrens auf die Zylinderlaufbuchse übertragen. Erfindungsgemäß besitzt die Lauffläche der Zylinderlaufbuchse folgende Rauwerte: Rpk = 0,01 bis 1 µm, Rk= 0,01 bis 2 µm, Rvk= 0,2 bis 10 µm. Dabei ist Rvk die reduzierte Riefentiefe nach DIN-Norm 4776 , Rk die Kernrauhtiefe nach DIN-Norm 4776 und Rpk die reduzierte Spitzenhöhe nach DIN-Norm 4776 .The invention further relates to a cylinder liner for an internal combustion engine. This cylinder liner is preferably produced by carrying out the above-presented method according to the invention, so that the advantages of the method are transferred to the cylinder liner. According to the invention, the running surface of the cylinder liner has the following rough values: Rpk = 0.01 to 1 μm, Rk = 0.01 to 2 μm, Rvk = 0.2 to 10 μm. In doing so, Rvk is following the reduced depth of the ridge DIN standard 4776 , Rk the kernel roughness depth DIN standard 4776 and Rpk the reduced peak height after DIN standard 4776 ,

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Zylinderlaufbuchse sind folgende Werte gegeben: Rpk = 0,01 bis 0,4 µm, Rk= 0,01 bis 1 µm, Rvk = 0,2 bis 5 µm. Eine Lauffläche mit solchen Oberflächeneigenschaften lässt sich durch Finishhonen im Serienstand und durch anschließendes Flakkotieren erreichen.According to a preferred embodiment of the cylinder liner, the following values are given: Rpk = 0.01 to 0.4 μm, Rk = 0.01 to 1 μm, Rvk = 0.2 to 5 μm. A tread with such surface properties can be achieved by finishing honing in series production and by subsequent flak-marking.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Zylinderlaufbuchse sind folgende Werte gegeben: Rpk = 0,01 bis 0,1 µm, Rk= 0,01 bis 0,2 µm, Rvk= 0,2 bis 2 µm. Eine Lauffläche mit solchen Oberflächeneigenschaften lässt sich durch Finishhonen im Serienstand und durch anschließendes Flakkotieren im Submikrometer-Bereich erreichen.According to a particularly preferred embodiment of the cylinder liner, the following values are given: Rpk = 0.01 to 0.1 μm, Rk = 0.01 to 0.2 μm, Rvk = 0.2 to 2 μm. A tread with such surface properties can be achieved by finishing honing in series production and by subsequent sub-micron flak-marking.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Other important features and advantages of the invention will become apparent from the dependent claims, from the drawings and from the associated figure description with reference to the drawings.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.Preferred embodiments of the invention are illustrated in the drawings and will be described in more detail in the following description, wherein like reference numerals refer to the same or similar or functionally identical components.

Dabei zeigen, jeweils schematisch:

1 in schematischer Darstellung ein Beispiel einer Vorrichtung, mittels welcher das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann,
2 eine Detaildarstellung der Vorrichtung der 1,
3 eine Detaildarstellung der 2,
4a, 4b schematische Darstellung zur Illustration der Definition der Rauwerte,
5a-5c Mikroskop-Aufnahmen der Lauffläche der Zylinderlaufbuchse in unterschiedlichen Bearbeitungszuständen,
6a-6d weitere Darstellungen, welche die in unterschiedlichen Bearbeitungszuständen erzielte Glättung der Lauffläche illustrieren.

In each case show schematically:

1 a schematic representation of an example of a device by means of which the method according to the invention can be carried out,
2 a detailed representation of the device of 1 .
3 a detailed view of the 2 .
4a . 4b schematic representation to illustrate the definition of the roughness values,
5a - 5c Microscope images of the running surface of the cylinder liner in different processing states
6a - 6d Further representations illustrating the achieved in different processing states smoothing the tread.

1 illustriert in schematischer Darstellung und in einer Draufsicht ein Beispiel einer Vorrichtung 1 zum Bearbeiten einer Lauffläche 7 einer Zylinderlaufbuchse 8. Mittels der Vorrichtung 1 kann das erfindungsgemäße Verfahren zum Bearbeiten der Lauffläche durchgeführt werden. Dies bedeutet, dass die Lauffläche 7 in der Vorrichtung 1 flakkotiert wird. 1 Illustrates in schematic and plan view an example of a device 1 to edit a tread 7 a cylinder liner 8th , By means of the device 1 For example, the method according to the invention for processing the tread can be carried out. This means the tread 7 in the device 1 being flakoted.

Die Vorrichtung 1 umfasst entsprechend 1 einen Grundkörper 2, an welchem mehrere sogenannte Flakottier-Werkzeuge 3 drehbar befestigt sind, mittels welcher die Lauffläche 7 der Zylinderlaufbuchse 8 feingeschliffen werden kann. In Varianten des Beispiels kann die Anzahl an vorhandenen Flakottier-Werkzeugen 3 variieren. Jedes der Flakottier-Werkzeuge 3 besitzt in der Draufsicht der 1 eine ringförmige Geometrie.The device 1 includes accordingly 1 a basic body 2 , on which several so-called Flakottier tools 3 are rotatably mounted, by means of which the tread 7 the cylinder liner 8th can be honed. In variants of the example, the number of existing Flakottier tools 3 vary. Each of the Flakottier tools 3 has in the plan view of 1 an annular geometry.

Die 2 zeigt ein einzelnes Flakottier-Werkzeug 3 in einer Detaildarstellung. Demnach umfasst das Flakottier-Werkzeug 3 eine in 2 nur grobschematisch angedeuteten Mehrzahl von Filamenten 4 aus Kunststofffasern. An der Lauffläche 5 der Filamente 4 sind Schleifkörner 6 aus Diamant, aus kubischem Bornitrid (cBN) oder aus Siliziumcarbid (SiC) angeordnet, welche in die Kunststofffasern der Filamente 4 eingebettet sind. Mit Hilfe der Schleifkörner 6 wird die Lauffläche 7 der Zylinderlaufbuchse 8 geglättet.The 2 shows a single flask tool 3 in a detailed view. Accordingly, the Flakottier tool includes 3 one in 2 only roughly schematically indicated plurality of filaments 4 made of plastic fibers. At the tread 5 the filaments 4 are abrasive grains 6 made of diamond, cubic boron nitride (cBN) or silicon carbide (SiC), which are incorporated into the plastic fibers of the filaments 4 are embedded. With the help of the abrasive grains 6 becomes the tread 7 the cylinder liner 8th smoothed.

Dies wird anhand der 3 deutlich, welche eine Detaildarstellung der 2 zeigt. Wie 3 erkennen lässt, sind an den Schleifkörnern 6 jeweils Mikrospäne 9 - in 3 ist exemplarisch nur ein einziger solcher Mikrospan 9 gezeigt - angeordnet. Mittels besagter Mikrospäne 9 lassen sich Späne aus der Lauffläche 7 der Zylinderlaufbuchse 8 heraustrennen, was die gewünschte Glättung bewirkt.This is based on the 3 clearly what a detail of the 2 shows. As 3 recognize are on the abrasive grains 6 each micro-chips 9 - in 3 is exemplary only a single such microspan 9 shown - arranged. By means of said micro chips 9 can be chips from the tread 7 the cylinder liner 8th remove what causes the desired smoothing.

In der 4a sind die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Lauffläche 7 der Zylinderlaufbuchse 8 erzielbaren Rauwerte Rpk, Rk, Rvk definiert und schematisch gezeigt. Demnach ist Rvk die reduzierte Riefentiefe nach DIN 4776 und Rk die Kernrauhtiefe nach DIN 4776 und Rpk die reduzierte Spitzenhöhe nach DIN 4776 . Durch Flakkotieren mit entsprechenden rauheitsklassifizierten Bürsten lassen sich hinsichtlich der erzielbaren Glättung bessere Ergebnisse erzielen wie beim bislang verwendete Zwischen- oder Finishhonen. Insbesondere können die gängigen Rauheitswerte Rpk, Rk, Rvk gezielt durch Flakkotieren eingestellt werden. So lässt sich beispielsweise der Rp-Wert Richtung Null anpassen unter Beibehalt des Rv-Wertes. Der Rv-/RvK-Wert lässt sich nach Vorgabe gezielt reduzieren.In the 4a are by means of the method according to the invention in the tread 7 the cylinder liner 8th achievable roughness values Rpk, Rk, Rvk and schematically shown. According to this, Rvk is after the reduced depth of the ridge DIN 4776 and Rk the kernel roughness depth DIN 4776 and Rpk the reduced peak height after DIN 4776 , Flakoting with corresponding roughness-classified brushes makes it possible to achieve better results with regard to the achievable smoothing than with intermediate or finish honing used hitherto. In particular, the common roughness values Rpk, Rk, Rvk can be set in a targeted manner by means of flak detection. For example, the Rp value can be adjusted to zero while maintaining the Rv value. The Rv / RvK value can be deliberately reduced as specified.

Durch Flakkotieren ist es möglich, die gehonte oder finishgespindelte oder feingeschliffene Oberfläche derart anzupassen, dass RpK = 0 und/oder Rk = Null werden. In 4b ist dieser Idealfall gezeigt.Flotation allows the honed or finish-spun or honed surface to be adjusted such that RpK = 0 and / or Rk = zero. In 4b this ideal case is shown.

Die 5a bis 5c zeigen Mikroskop-Aufnahmen der Lauffläche 7 in unterschiedlichen Bearbeitungszuständen. Die 5a zeigt die Lauffläche 7 im unbearbeiteten Ausgangszustand, die 5b nach dem Finish-Honen, und die 5c nach dem Einglätten mittels Flakottieren.The 5a to 5c show microscope images of the tread 7 in different processing states. The 5a shows the tread 7 in the raw initial state, the 5b after the finish honing, and the 5c after flattening by means of flasking.

In 6a ist eine Mikroskop-Aufnahme (oben) und ein Höhenprofil (unten; entlang der durchgezogenen Linie in der Mikroskop-Aufnahme) der Laufbuchse 7 einer im Serienstand finishgehonten Lauffläche 7 der Zylinderlaufbuchse 8 gezeigt. Für die Rauwerte ergibt sich Rpk= 0,2 bis 0,4 µm Rk=0,01 bis 0,2 µm Rvk= 0,2 bis 0,6 µm.In 6a is a microscope shot (top) and a height profile (bottom, along the solid line in the microscope image) of the liner 7 a series-finished tread 7 the cylinder liner 8th shown. For the rough values, Rpk = 0.2 to 0.4 μm Rk = 0.01 to 0.2 μm Rvk = 0.2 to 0.6 μm.

In 6b ist eine Mikroskop-Aufnahme (oben) und ein Höhenprofil (unten; entlang der durchgezogenen Linie in der Mikroskop-Aufnahme) der Laufbuchse 7 einer im Serienstand finishgehonten und durch Flakkotieren eingeglätteten Lauffläche 7 der Zylinderlaufbuchse 8 gezeigt. Durch das Flakkotieren wird die Rauheit zwischen den Schmiertaschen/Riefen verringert. Für die Rauwerte ergibt sich Rpk= 0,01 bis 0,2µm, Rk= 0.01 bis 0,2 µm, Rvk=0,2 bis 0,6 µm.In 6b is a microscope shot (top) and a height profile (bottom, along the solid line in the microscope image) of the liner 7 a series-finished and smoothed by Flakkotieren tread 7 the cylinder liner 8th shown. The Flakkotieren the roughness between the lubrication pockets / grooves is reduced. For the rough values, Rpk = 0.01 to 0.2 μm, Rk = 0.01 to 0.2 μm, Rvk = 0.2 to 0.6 μm.

In 6c ist eine Mikroskop-Aufnahme (oben) und ein Höhenprofil (unten; entlang der durchgezogenen Linie in der Mikroskop-Aufnahme) der Lauffläche 7 einer im Serienstand finishgehonten und durch Flakkotieren im Submikrometerbereich eingeglättet Zylinderlaufbuchse 8 gezeigt. Gegenüber 6b sind die „Täler“ beibehalten, d.h. der in 6c gezeigte Graph ist für negative Werte der Hochachse identisch zum Graphen der 6b. unter Beibehalt der „Täler“ gezeigt. Für die Rauwerte ergibt sich Rpk= 0,01 bis 0,1 µm, Rk=0,01 bis 0,1 µm, Rvk = 0,2 bis 0,6 µm.In 6c is a microscope image (top) and a height profile (bottom, along the solid line in the microscope image) of the tread 7 a series-finished and flattened by Flikkotieren submicrometer cylinder liner 8th shown. Across from 6b are the "valleys" maintained, ie the in 6c The graph shown for negative values of the vertical axis is identical to the graph of 6b , while keeping the "valleys" shown. For the rough values, Rpk = 0.01 to 0.1 μm, Rk = 0.01 to 0.1 μm, Rvk = 0.2 to 0.6 μm.

In 6d ist zum Vergleich eine Mikroskop-Aufnahme (oben) und ein Höhenprofil (unten; entlang der durchgezogenen Linie in der Mikroskop-Aufnahme) einer schruppgehonten Lauffläche 7 gezeigt. Man erkennt die im Vergleich zur flakottierten Lauffläche 7 deutlich schlechtere Glättung. In 6d For comparison, a microscope image (top) and a height profile (bottom, along the solid line in the microscope image) of a rough-honed tread 7 shown. One recognizes the compared to the flakottierten tread 7 significantly worse smoothing.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 1663581 B1 [0002]
DE 102011118588 A1 [0003]
DE 102013223011 A1 [0004]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

DIN standard 4776 [0007, 0010]
DIN 4776 [0021]

Claims

Method for smoothing a running surface (7) of a cylinder liner (8) for an internal combustion engine, according to which the running surface (7) is machined by means of flaking, so that the tread has the following rough values after the flakotizing: R pk = 0.01 to 0.4 μm, Rk = 0.01 to 1 μm, Rvk = 0.2 to 5 μm, where Rvk is the reduced groove depth according to DIN standard 4776 and Rk is the core roughness depth according to DIN standard 4776 and Rpk is the reduced peak height according to DIN standard 4776.

Method according to Claim 1 , characterized in that the fine grinding is carried out by means of a device (1) comprising abrasive grains (6) embedded in filaments (4) of synthetic fibers.

Cylinder liner (8) for an internal combustion engine, in particular produced by carrying out the method according to Claim 1 or 2 , characterized in that the running surface (7) of the cylinder liner has rough values Rpk, Rk, Rvk in the following ranges: Rpk = 0.01 to 1 μm, Rk = 0.01 to 2 μm, Rvk = 0.2 to 10 μm where Rvk is the reduced groove depth according to DIN standard 4776 and Rk is the core roughness depth according to DIN standard 4776 and Rpk is the reduced peak height according to DIN standard 4776.

Cylinder liner (8) to Claim 3 , characterized in that the running surface (7) of the cylinder liner (8) has rough values Rpk, Rk, Rvk in the following ranges: Rpk = 0.01 to 0.4 μm, Rk = 0.01 to 1 μm, Rvk = 0 , 2 to 5 μm.

Cylinder liner (8) to Claim 3 , characterized in that the running surface (7) of the cylinder liner (8) has rough values Rpk, Rk, Rvk in the following ranges: Rpk = 0.01 to 0.1 μm, Rk = 0.01 to 0.2 μm, Rvk = 0.2 to 2 μm.