DE102016101709B4

DE102016101709B4 - Method for producing a cylinder crankcase with cylinder liner

Info

Publication number: DE102016101709B4
Application number: DE102016101709.4A
Authority: DE
Inventors: Volker Scherer
Original assignee: Federal Mogul Burscheid GmbH
Current assignee: Federal Mogul Burscheid GmbH
Priority date: 2016-02-01
Filing date: 2016-02-01
Publication date: 2018-12-27
Anticipated expiration: 2036-02-02
Also published as: CN206376943U; CN106979092A; DE102016101709A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses (2) mit thermisch gefügter Zylinderlaufbuchse (1), umfassend:Bereitstellen einer Zylinderlaufbuchse (1);Bereitstellen eines Zylinderkurbelgehäuses (2), das eine für eine Presspassung geeignete Bohrung zur Aufnahme der Zylinderlaufbuchse (1) beinhaltet;Abkühlen der Zylinderlaufbuchse (1) unter Beibehalten der Temperatur des Zylinderkurbelgehäuses (2), bis der Außendurchmesser der Zylinderlaufbuchse (1) kleiner als der Durchmesser der Bohrung ist;Einsetzen der Zylinderlaufbuchse (1) im gekühlten Zustand in die Bohrung;Aufwärmen der Zylinderlaufbuchse (1) zum Herbeiführen einer thermischen Presspassung, wobei das Erwärmen ausgehend von dem zylinderkopfseitigen Ende der Zylinderlaufbuchse (1) erfolgt.A method of manufacturing a cylinder crankcase (2) having a thermally bonded cylinder liner (1), comprising: providing a cylinder liner (1); providing a cylinder crankcase (2) including a press fit bore for receiving the cylinder liner (1); Cylinder liner (1) while maintaining the temperature of the cylinder crankcase (2) until the outside diameter of the cylinder liner (1) is smaller than the diameter of the bore, inserting the cylinder liner (1) in the cooled condition into the bore, warming up the cylinder liner (1) Inducing a thermal interference fit, the heating taking place starting from the cylinder head end of the cylinder liner (1).

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses mit thermisch gefügter Zylinderlaufbuchse aus einem Leichtmaterial.The invention relates to a method for producing a cylinder crankcase with thermally bonded cylinder liner made of a light material.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Bei Motoren ohne Zylinderlaufbuchsen muss für den Motorblock ein Material verwendet werden, welches die vorrangigen Anforderungen erfüllt, die sich durch den direkten Kontakt mit dem Reibpartner Kolben bzw. den Kolbenringen ergeben. Insbesondere sind eine hohe Verschleißfestigkeit sowie eine geringe Reibung erforderlich. Nachrangig sind weitere Anforderungen wie etwa geringes Gewicht, niedrige Materialkosten, niedrige Herstellkosten und hohe Wärmeleitfähigkeit. Die Anforderungen sind bei buchsenlosen Motoren nur schwer, wenn überhaupt, in Einklang zu bringen.For engines without cylinder liners, a material must be used for the engine block that meets the primary requirements resulting from direct contact with the friction piston or piston rings. In particular, high wear resistance and low friction are required. Subordinate are other requirements such as low weight, low material costs, low production costs and high thermal conductivity. The requirements are difficult, if anything, to reconcile with linerless engines.

Die Verwendung von Zylinderlaufbuchsen bei Verbrennungskraftmaschinen gestattet es, für den Motorblock ein anderes Material zu verwenden, welches nur die dafür maßgeblichen Anforderungen erfüllt. Die Zylinderlaufbuchse hingegen kann speziell für die Anforderungen Verschleißfestigkeit und geringe Reibung optimiert werden. Verfahrenstechnisch werden tribologisch vorteilhafte Eigenschaften der Lauffläche der Zylinderlaufbuchse insbesondere erreicht indem die Feinbearbeitung der Lauffläche mit einem Honprozess abgeschlossen wird. Im Automobilbereich verwendete Zylinderlaufbuchsen weisen dabei typischerweise Durchmesser von ca. 60 mm bis ca. 100 mm und Wandstärken von ca. 0,5 mm bis ca. 5 mm auf.The use of cylinder liners in internal combustion engines makes it possible to use for the engine block another material, which meets only the relevant requirements. The cylinder liner, on the other hand, can be optimized to meet wear resistance and low friction requirements. In terms of process technology, tribologically advantageous properties of the running surface of the cylinder liner are achieved, in particular, by completing the fine machining of the running surface with a honing process. Cylinder liners used in the automotive industry typically have diameters of about 60 mm to about 100 mm and wall thicknesses of about 0.5 mm to about 5 mm.

Aus der deutschen Patentschrift DE 69602481 T2 ist eine Technologie zur Verbesserung der Leistung der Bohrungsoberfläche eines Motorblocks durch die Verwendung von Laufbuchseneinsätzen und insbesondere von innenbeschichteten Laufbuchseneinsätzen, bekannt, wobei die Laufbuchseneinsätze eine sich in Axialrichtung verändernde Wanddicke aufweisen können.From the German patent DE 69602481 T2 For example, a technology for improving the performance of the bore surface of an engine block through the use of liner inserts, and more particularly, internally-lined liner inserts, is known wherein the liner inserts may have an axially varying wall thickness.

Aus der deutschen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer DE 102012015405 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer insbesondere thermisch gespritzten, dünnwandigen Zylinderlaufbuchse zum Einfügen in ein Zylinderkurbelgehäuse bekannt.From the German patent application with the publication number DE 102012015405 A1 is a method for producing a particular thermally sprayed, thin-walled cylinder liner for insertion into a cylinder crankcase known.

Die Zylinderlaufbuchsen werden in dafür bereitgestellte Bohrung(en) des Zylinderkurbelgehäuses fest eingefügt. Aufgrund mechanischer oder thermischer Belastung während des Fügeprozesses kann es zu Spannungen/Verzügen im Zylinderkurbelgehäuse kommen, die dann auf die Zylinderlaufbuchse übertragen werden und diese verformen können. Dies macht eine Feinbearbeitung, etwa durch Feinbohren, Feindrehen oder Schleifen, zum Ausgleich der Abweichungen in Form und Lage der Lauffläche der Zylinderlaufbuchse nach dem Fügeprozess notwendig. Ein Honen direkt nach dem thermischen Fügen ist nicht möglich, da die Abweichungen der Lauffläche der Zylinderlaufbuchse von der Zylinderform im Allgemeinen einen ungleichmäßigen Abtrag bedingen.The cylinder liners are firmly inserted into the provided bore (s) of the cylinder crankcase. Due to mechanical or thermal stress during the joining process can lead to tension / distortion in the cylinder crankcase, which are then transferred to the cylinder liner and can deform. This makes a fine machining, such as fine boring, fine turning or grinding, to compensate for the deviations in shape and position of the tread of the cylinder liner after the joining process necessary. Honing directly after the thermal joining is not possible, since the deviations of the running surface of the cylinder liner from the cylinder shape generally cause uneven erosion.

Die Aufgabe besteht also darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses mit thermisch gefügter Zylinderlaufbuchse zur Verfügung zu stellen, bei dem, unter der Voraussetzung, dass gehonte bzw. honfertige Zylinderlaufbuchsen verwendet werden, im Anschluss an den Fügeprozess möglichst direkt ein Honen der Lauffläche der Zylinderlaufbuchse vorgenommen werden kann, ohne eine weitere Feinbearbeitung der Lauffläche zu Korrektur der Zylinderform vornehmen zu müssen. Dafür sollten nach dem Fügeprozess die Abweichungen der Lauffläche der Zylinderlaufbuchse von der idealen Zylinderform kleiner als 50 µm, vorzugsweise kleiner als 30 µm, sein.The object is therefore to provide a method for producing a cylinder crankcase with thermally bonded cylinder liner available in which, provided that honed or honfertige cylinder liners are used, as possible directly after honing the tread of the cylinder liner can be made without having to make a further fine machining of the tread to correct the cylindrical shape. For this, after the joining process, the deviations of the running surface of the cylinder liner from the ideal cylindrical shape should be less than 50 μm, preferably less than 30 μm.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, das die Merkmale des unabhängigen Anspruchs aufweist. Bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Das Verfahren umfasst: Bereitstellen einer Zylinderlaufbuchse; Bereitstellen eines Zylinderkurbelgehäuses, das eine für eine Presspassung geeignete Bohrung zur Aufnahme der Zylinderlaufbuchse beinhaltet; Abkühlen der Zylinderlaufbuchse unter Beibehalten der Temperatur des Zylinderkurbelgehäuses, bis der Außendurchmesser der Zylinderlaufbuchse kleiner als der Durchmesser der Bohrung ist; Einsetzen der Zylinderlaufbuchse im gekühlten Zustand in die Bohrung; Aufwärmen der Zylinderlaufbuchse zum Herbeiführen einer Presspassung durch die Wärmeausdehnung der Zylinderlaufbuchse gegenüber der Bohrung. Da das Zylinderkurbelgehäuse hierbei nicht erhitzt wird, kann es zu keinen Wärmeverzügen im Metallblock des Zylinderkurbelgehäuses kommen, somit nach Beendigen des Fügevorgangs auch nicht zu Änderungen der Zylinderform der Zylinderlaufbuchse aufgrund eines mit den Wärmeverzügen zusammenhängenden ungleichmäßigen Druckes des Zylinderkurbelgehäuses auf die sich in der Bohrung befindliche Zylinderlaufbuchse.According to a first embodiment of the present invention there is provided a method comprising the features of the independent claim. Preferred embodiments of the method are described in the dependent claims. The method comprises: providing a cylinder liner; Providing a cylinder crankcase including a press-fit bore for receiving the cylinder liner; Cooling the cylinder liner while maintaining the temperature of the cylinder crankcase until the outer diameter of the cylinder liner is smaller than the diameter of the bore; Inserting the cylinder liner in the cooled state in the bore; Warming the cylinder liner to induce a press fit by the thermal expansion of the cylinder liner relative to the bore. Since the cylinder crankcase is not heated in this case, there may be no heat distortion in the metal block of the cylinder crankcase, thus after completing the joining process and not to changes in the cylinder shape of the cylinder liner due to a heat distortion associated with the non-uniform pressure of the cylinder crankcase located in the bore cylinder liner ,

Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es auch möglich, ein Feinbearbeiten der Außenfläche der Zylinderlaufbuchse vor dem Einsetzen in die Bohrung des Zylinderkurbelgehäuses durchzuführen, so dass die Außendurchmessertoleranz maximal 50 µm beträgt und die Koaxialität besser als 50 µm ist.According to another aspect of the present invention, it is also possible to fine-tune the outer surface of the cylinder liner before Insertion into the bore of the cylinder crankcase, so that the outer diameter tolerance is 50 microns maximum and the coaxiality is better than 50 microns.

Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst die vorliegende Erfindung ein Feinbearbeiten der Innenfläche der Zylinderlaufbuchse vor dem Einsetzen in die Bohrung des Zylinderkurbelgehäuses, so dass die Innenfläche der Zylinderlaufbuchse um weniger als 50 µm von der Zylinderform abweicht.In another aspect, the present invention includes fine machining the inner surface of the cylinder liner prior to insertion into the bore of the cylinder crankcase such that the inner surface of the cylinder liner deviates from the cylindrical shape by less than 50 microns.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung werden die Bohrungen des Zylinderkurbelgehäuses vor dem Fügevorgang feinbearbeitet, z.B. durch Feinbohren, Feindrehen oder Schleifen, so dass die Bohrungen um weniger als 50 µm von der Zylinderform abweichen. Etwaige Unebenheiten bzw. Abweichungen von der Zylinderform werden damit so weit entfernt, dass nur entsprechend kleine Unebenheiten/Abweichungen auf die dünnwandige Zylinderlaufbuchse übertragen werden können.According to one aspect of the present invention, the bores of the cylinder crankcase are finished prior to the joining operation, e.g. by fine boring, fine turning or grinding, so that the holes deviate from the cylindrical shape by less than 50 μm. Any unevenness or deviations from the cylindrical shape are thus removed so far that only correspondingly small unevennesses / deviations can be transmitted to the thin-walled cylinder liner.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren weiter ein Honen der Innenfläche der Zylinderlaufbuchse nach dem Fügevorgang. Dies ermöglicht den Einsatz honfertiger, jedoch noch nicht gehonter, Zylinderlaufbuchsen. Gleichzeitig können damit etwaige Unebenheiten/Abweichungen, die während des Verfahrens auftraten, korrigiert werden.According to one aspect of the present invention, the method further comprises honing the inner surface of the cylinder liner after the joining operation. This allows the use of honfertiger, but not yet honored cylinder liners. At the same time, any unevenness / deviation that occurred during the procedure can be corrected.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das Abkühlen der Zylinderlaufbuchse durch Eintauchen in ein geeignetes Kältemittel, vorzugsweise Flüssigstickstoff, durchgeführt.According to one aspect of the present invention, the cooling of the cylinder liner is performed by immersion in a suitable refrigerant, preferably liquid nitrogen.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Zylinderlaufbuchse während des Einsetzens in die Bohrung des Zylinderkurbelgehäuses gekühlt, bis sich die Zylinderlaufbuchse in ihrer endgültigen Position befindet.In one aspect of the present invention, the cylinder liner is cooled during insertion into the bore of the cylinder crankcase until the cylinder liner is in its final position.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung erfolgt das Erwärmen ausgehend vom Zylinderkopfseitigen Ende der Zylinderlaufbuchse.According to one aspect of the present invention, the heating is performed from the cylinder head side end of the cylinder liner.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht die verwendete Zylinderlaufbuchse aus einem Leichtmetall oder einem Leichtmetallverbund. Neben einem geringen Gewicht besitzen im Motorenbau Einsatz findende Leichtmetalle, wie z.B. Aluminium, oftmals auch einen Wärmeausdehnungskoeffizienten in einem für den thermischen Fügeprozess geeigneten Bereich von ca. 20 µm/mK bis 25 µm/mK.According to one aspect of the present invention, the cylinder liner used is made of a light metal or a light metal composite. In addition to a low weight have in engine design use light metals, such. Aluminum, often also a coefficient of thermal expansion in a suitable for the thermal joining process range of about 20 microns / mK to 25 microns / mK.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Zylinderlaufbuchse gehont, bzw. honfertig.According to one aspect of the present invention, the cylinder liner is honed.

In einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Zylinderlaufbuchse ein Material mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von mindestens 15 µm/mK, bevorzugt mindestens 20 µm/mK auf. Dies gewährleistet ein ausreichendes Schrumpfen der Zylinderlaufbuchse, um diese in die Bohrung einsetzen zu können.In another aspect of the present invention, the cylinder liner comprises a material having a thermal expansion coefficient of at least 15 μm / mK, preferably at least 20 μm / mK. This ensures a sufficient shrinkage of the cylinder liner in order to use them in the hole can.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Zylinderlaufbuchse eine Außendurchmessertoleranz von maximal 50 µm auf. Durch Einhalten einer solchen Toleranz an der Außenfläche der Zylinderlaufbuchse wird vermieden, dass sich etwaige Abweichungen des Außendurchmessers aufgrund des durch die Pressfügung ausgeübten Druckes auf die Zylinderform der Lauffläche der Zylinderlaufbuchse übertragen.According to one aspect of the present invention, the cylinder liner has an outside diameter tolerance of 50 μm at maximum. By maintaining such a tolerance on the outer surface of the cylinder liner is avoided that any deviations of the outer diameter transmitted due to the pressure exerted by the pressure injection on the cylindrical shape of the tread of the cylinder liner.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weichen die Bohrungen des Zylinderkurbelgehäuses um weniger als 50 µm von der Zylinderform ab. Dies ist vorteilhaft, da Abweichungen in der Zylinderform der Bohrungen im pressgefügten Zustand negative Auswirkungen auf die Zylinderform der Zylinderlaufbuchse haben können. Was möglicherweise eine Nachbearbeitung nötig macht.According to one aspect of the present invention, the bores of the cylinder crankcase differ by less than 50 microns from the cylindrical shape. This is advantageous because deviations in the cylinder shape of the holes in the press-fitted state can have negative effects on the cylinder shape of the cylinder liner. Which may require post-processing.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Zylinderlaufbuchse an einer oder an beiden axialen Enden am Außendurchmesser und/oder am Innendurchmesser mit einer Fase zu versehen. Dadurch kann einerseits das Fügen der Buchse erleichtert, andererseits das Positionieren eines Honwerkzeuges für eine gegebenenfalls notwendige Innenbearbeitung verbessert werden.In accordance with one aspect of the present invention, the cylinder liner is chamfered at one or both axial ends at the outer diameter and / or at the inner diameter. As a result, on the one hand facilitates the joining of the socket, on the other hand, the positioning of a honing tool for an optionally necessary internal machining can be improved.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht die Zylinderlaufbuchse aus zwei Schichten, wobei die Außenschicht aus einem ersten beliebigen Material, das einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von mindestens 15 µm/mK aufweist, besteht und wobei die Innenschicht aus einem zweiten beliebigen Material besteht.According to one aspect of the present invention, the cylinder liner is composed of two layers, the outer layer being made of a first arbitrary material having a thermal expansion coefficient of at least 15 μm / mK and the inner layer being made of a second arbitrary material.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben.The invention will be described in more detail by means of embodiments in conjunction with the drawings.

1 zeigt eine Querschnittsansicht der Zylinderlaufbuchse und des Zylinderkurbelgehäuses während des Fügevorgangs. 1 shows a cross-sectional view of the cylinder liner and the cylinder crankcase during the joining operation.

Figurenlistelist of figures

Die Erfindung schlägt ein Verfahren zur Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses mit thermisch gefügter Zylinderlaufbuchse vor.

In 1 werden die Zylinderlaufbuchse 1 und das Zylinderkurbelgehäuse 2 während eines Schrittes des Fügens beispielhaft in einer Querschnittsansicht dargestellt. Das gesamte Verfahren wird im Folgenden mit Bezug zu der Zeichnung ausführlich beschrieben.

The invention proposes a method for producing a cylinder crankcase with thermally bonded cylinder liner.

In 1 become the cylinder liner 1 and the cylinder crankcase 2 during a joining step by way of example in a cross-sectional view. The entire process will be described in detail below with reference to the drawings.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird dazu zunächst eine Zylinderlaufbuchse 1 bereitgestellt. Die verwendeten Zylinderlaufbuchsen weisen dabei typischerweise Durchmesser von ca. 60 mm bis ca. 100 mm und Wandstärken 4 von ca. 0,4 mm bis ca. 5 mm, bevorzugt 0,5mm bis 2 mm auf. Die Außendurchmessertoleranz beträgt typischerweise 30 µm. Die Durchmessertoleranz der Innenfläche 5, d.h. der späteren Lauffläche, beträgt verfahrenstechnisch bedingt bis zu 0,3 mm. Die Innenfläche 5 der Zylinderlaufbuchse 1 kann auch bereits feinbearbeitet sein, wobei z.B. Feinbohren, Feindrehen, Schleifen oder Honen Anwendung findet. Die Lauffläche der Zylinderlaufbuchse 1 kann sich also bereits in einem gehonten, bzw. honfertigen Zustand befinden. Als Material findet beispielsweise Eisen, ein Leichtmetall wie Aluminium oder auch Legierungen Verwendung. Auch ein Verbundaufbau, der es ermöglicht die vorteilhaften Eigenschaften verschiedener Materialien zu kombinieren, Findet oft Verwendung. Z.B. kann eine Eisen-Kohlenstoff-Legierung als eine Verschleißschutzschicht auf eine Trägerschicht aus Leichtmetall aufgetragen werden.In the method according to the invention is first a cylinder liner 1 provided. The cylinder liners used typically have diameters of about 60 mm to about 100 mm and wall thicknesses 4 from about 0.4 mm to about 5 mm, preferably 0.5 mm to 2 mm. The outside diameter tolerance is typically 30 μm. The diameter tolerance of the inner surface 5 , ie the later tread, is procedurally limited to 0.3 mm. The inner surface 5 the cylinder liner 1 can also be already finished, whereby for example fine boring, fine turning, grinding or honing finds application. The running surface of the cylinder liner 1 So it can already be in a honed or honed state. The material used is, for example, iron, a light metal such as aluminum or alloys. Also, a composite structure that allows to combine the advantageous properties of different materials, often finds use. For example, an iron-carbon alloy can be applied as a wear protection layer on a support layer of light metal.

Weiter wird im Verfahren ein Zylinderkurbelgehäuse 2, das für eine Presspassung geeignete Bohrungen zur Aufnahme der Zylinderlaufbuchse 1 beinhaltet, bereitgestellt. Für eine Presspassung geeignet heißt insbesondere, dass die Bohrungen einen Durchmesser aufweisen, der etwas kleiner als der Außendurchmesser der Zylinderlaufbuchse 1 ist. Genauer ist bei Raumtemperatur der Außendurchmesser der Zylinderlaufbuchse um 50 µm bis 200 µm, vorzugsweise um 70 µm bis 150 µm, größer als der Durchmesser der Bohrungen. Die Bohrungen sollten weiter von der idealen Zylinderform um nicht mehr als 50 µm abweichen, d.h. die Oberfläche der Bohrungen sollte in der Wand eines Hohlzylinders enthalten sein, wobei die Wanddicke 50 µm beträgt.Next, in the process, a cylinder crankcase 2 , the suitable for a press fit holes for receiving the cylinder liner 1 includes, provided. Suitable for a press fit means in particular that the holes have a diameter which is slightly smaller than the outer diameter of the cylinder liner 1 is. More specifically, at room temperature, the outside diameter of the cylinder liner is 50 μm to 200 μm, preferably 70 μm to 150 μm, larger than the diameter of the holes. The holes should not deviate further from the ideal cylindrical shape by more than 50 μm, ie the surface of the holes should be contained in the wall of a hollow cylinder, with the wall thickness 50 μm.

Die Zylinderlaufbuchse 1 wird in einem weiteren Verfahrensschritt abgekühlt, bei gleichzeitigem Beibehalten der Temperatur, etwa Halten auf Raumtemperatur, des Zylinderkurbelgehäuses 2. Dadurch wird die Zylinderlaufbuchse 1, unter Annahme eines positiven Wärmeausdehnungskoeffizienten, schrumpfen. Bei geeigneter Materialwahl und Abkühlen um eine ausreichende Temperatur, d.h. um etwa 100 °C bis 250 °C unter Raumtemperatur, wird der Außendurchmesser der Zylinderbuchse kleiner als der Durchmesser der Bohrung sein. In diesem, noch kaltem, Zustand wird die Zylinderlaufbuchse 1 dann in die Bohrung des Zylinderkurbelgehäuses 2 eingesetzt, was möglich ist, da zwischen Außenfläche 6 der Zylinderlaufbuchse 1 und der Bohrung des Zylinderkurbelgehäuses 2 ein Spalt 3 bestehen bleibt. Dies ist beispielhaft in 1 dargestellt. Dort wird die Zylinderlaufbuchse 1 während des Erwärmens festgehalten, bis eine feste Verbindung der Zylinderbuchse 1 mit dem Zylinderkurbelgehäuse 2 hergestellt ist. The cylinder liner 1 is cooled in a further process step, while maintaining the temperature, such as holding to room temperature, the cylinder crankcase 2 , This will cause the cylinder liner 1 , assuming a positive thermal expansion coefficient, shrink. With a suitable choice of material and cooling by a sufficient temperature, ie, by about 100 ° C to 250 ° C below room temperature, the outer diameter of the cylinder liner will be smaller than the diameter of the bore. In this, still cold, state, the cylinder liner 1 then into the bore of the cylinder crankcase 2 used, which is possible because between outer surface 6 the cylinder liner 1 and the bore of the cylinder crankcase 2 A gap 3 persists. This is exemplary in 1 shown. There is the cylinder liner 1 held during heating until a firm connection of the cylinder liner 1 with the cylinder crankcase 2 is made.

Eine solche feste Verbindung entsteht, da sich die Zylinderlaufbuchse 1 aufgrund der Wärmeausdehnung ausdehnt und somit wegen des ursprünglichen Übermaßes eine Presspassung herbeigeführt wird. Die Zylinderlaufbuchse 1 sollte so in die Bohrung eingesetzt und festgehalten werden, dass ihre Enden in axialer Richtung an den Enden der Bohrung ausgerichtet sind, also möglichst nicht überstehen. Insbesondere sollte die Zylinderlaufbuchse 1 Zylinderkopfseitig bündig abschließen, bzw. so platziert werden, dass sie nach Erwärmen bündig abschließt. Das Erwärmen kann einfach erfolgen, indem ein gewisse Zeit abgewartet wird bis die Zylinderlaufbuchse 1 durch die wärmere Umgebung erwärmt wird, was aufgrund der relativ geringen Wärmekapazität der dünnwandigen Zylinderlaufbuchse 1 nicht allzu lange dauert. Es kann aber auch ein anderes warmes Material zu Hilfe genommen werden, z.B. kann warme Luft durch die Zylinderlaufbuchse 1 geleitet werden.Such a firm connection arises, as the cylinder liner 1 due to the thermal expansion expands and thus an interference fit is brought about because of the original excess. The cylinder liner 1 should be inserted into the hole and held so that their ends are aligned in the axial direction at the ends of the bore, so do not protrude as possible. In particular, the cylinder liner should 1 Close the cylinder head flush, or place it so that it closes flush after heating. The heating can be done simply by waiting a certain time until the cylinder liner 1 is heated by the warmer environment, which is due to the relatively low heat capacity of the thin-walled cylinder liner 1 does not take too long. But it can also be another warm material to help, for example, can warm air through the cylinder liner 1 be directed.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform des Verfahrens ist ein Feinbearbeiten, wie beispielsweise ein Feinbohren, Feindrehen oder Schleifen, der Außenfläche 6 der Zylinderlaufbuchse 1 vor dem Einsetzen in die Bohrung des Zylinderkurbelgehäuses 2 vorgesehen, so dass die Außendurchmessertoleranz maximal 50 µm beträgt und die Koaxialität besser als 50 µm ist. Damit werden etwaige Unebenheiten der Außenfläche 6, bzw. Abweichungen der Außenfläche 6 von der Zylinderform weitgehend entfernt, um zu vermeiden, dass aufgrund des durch die Pressfügung ausgeübten Druckes Unebenheiten/Abweichungen auf die Innenfläche 5 einer dünnwandigen Zylinderlaufbuchse 1 durchgedrückt werden. Dies ist möglich, da Zylinderlaufbuchsen eine Wandstärke 4 von unter 0,5 mm aufweisen können. Unebenheiten/Abweichungen in einer Größe von 0,1-0,3 mm können daher im eingefügten Zustand Auswirkungen auf die Form der Zylinderlaufbuchse 1 haben.According to another exemplary embodiment of the method, fine machining, such as fine boring, fine turning or grinding, is the outer surface 6 the cylinder liner 1 before insertion into the bore of the cylinder crankcase 2 provided so that the outer diameter tolerance is a maximum of 50 microns and the coaxiality is better than 50 microns. This will be any unevenness of the outer surface 6 , or deviations of the outer surface 6 Largely removed from the cylindrical shape, to avoid that due to the pressure exerted by the pressing pressure unevennesses / deviations on the inner surface 5 a thin-walled cylinder liner 1 be pushed through. This is possible because cylinder liners have a wall thickness 4 of less than 0.5 mm. Unevenness / deviations in a size of 0.1-0.3 mm can therefore affect the shape of the cylinder liner when inserted 1 to have.

Gemäß einem weiteren beispielhaften Aspekt umfasst das Verfahren weiter ein Feinbearbeiten der Innenfläche 5 der Zylinderlaufbuchse 1 vor dem Einsetzen in die Bohrung des Zylinderkurbelgehäuses 2, so dass die Innenfläche 5 der Zylinderlaufbuchse 1 um weniger als 50 µm von der Zylinderform abweicht. Die Feinbearbeitung kann dabei z.B. Feinbohren, Feindrehen oder Schleifen umfassen. Sollte sich die Zylinderlaufbuchse 1 vor dem Einsetzen noch nicht in einem honfertigen Zustand befinden kann diese so in einen honfertigen Zustand gebracht werden. Eventuell kann die Feinbearbeitung auch ein Honen umfassen, so dass die Zylinderlaufbuchsen nur noch in die eingefügt werden müssen, ohne dass eine Nachbearbeitung nach dem Fügeprozess notwendig ist.According to another exemplary aspect, the method further comprises fine machining the inner surface 5 the cylinder liner 1 before insertion into the bore of the cylinder crankcase 2 so that the inner surface 5 the cylinder liner 1 differs by less than 50 microns from the cylindrical shape. The fine machining can include, for example, fine boring, fine turning or grinding. Should the cylinder liner 1 before the Inserting not yet in a honed state, this can be brought so in a honfertzustand. Optionally, the fine machining may also include honing, so that the cylinder liners only have to be inserted into the without a post-processing after the joining process is necessary.

Gemäß einem weiteren beispielhaften Aspekt umfasst das Verfahren weiter ein Feinbearbeiten, das z.B. Feinbohren, Feindrehen oder Schleifen umfasst, der Bohrungen des Zylinderkurbelgehäuses 2 vor dem Einsetzen der Zylinderlaufbuchse 1, so dass die Bohrungen um weniger als 50 µm von der Zylinderform abweichen. Abweichungen der Bohrungen von der Zylinderform, die sich in der gleichen Größenordnung, 0.1-0,3 mm, wie die Wandstärke 4 einer dünnwandigen Zylinderlaufbuchse 1, d.h. etwa 0,5 mm bewegen, werden dadurch abgetragen, und können sich daher nicht negativ auf die Zylinderform der Zylinderlaufbuchse 1 im eingefügten Zustand auswirken.According to another exemplary aspect, the method further includes fine machining including, for example, fine boring, fine turning, or grinding, the bores of the cylinder crankcase 2 before inserting the cylinder liner 1 so that the holes deviate from the cylinder shape by less than 50 μm. Deviations of the holes from the cylindrical shape, which are of the same order, 0.1-0.3 mm, as the wall thickness 4 a thin-walled cylinder liner 1 , ie about 0.5 mm move, are thereby removed, and therefore can not adversely affect the cylinder shape of the cylinder liner 1 in the inserted state.

Ein weiterer Aspekt des Verfahrens betrifft den Schritt des Honens der Innenfläche 5 der Zylinderlaufbuchse 1 nach dem Fügevorgang. Um die Innenfläche 5, also der Lauffläche, die letztendlich mit den Kolbenringen in Kontakt steht, der Zylinderlaufbuchse 1 im Hinblick auf Verschleiß und geringe Reibung zu optimieren, kann eine abschließende Bearbeitung mittels Honen stattfinden. Dies erlaubt einerseits den Einsatz honfertiger, jedoch noch nicht gehonter, Zylinderlaufbuchsen, und andererseits können gegebenenfalls Abweichungen von der Zylinderform, die sich im Laufe des Verfahrens eingeschlichen haben, korrigiert werden. Dies kann kostengünstig mit einem üblichen Honverfahren, etwa in zwei Honstufen, durchgeführt werden.Another aspect of the method relates to the step of honing the inner surface 5 the cylinder liner 1 after the joining process. To the inner surface 5 , So the tread, which is ultimately in contact with the piston rings, the cylinder liner 1 To optimize for wear and low friction, a final machining by honing can take place. On the one hand, this permits the use of honed but not yet honed cylinder liners and, on the other hand, deviations from the cylindrical shape that have crept in the course of the method can be corrected if necessary. This can be done inexpensively with a conventional honing process, such as in two honing stages.

Das Abkühlen der Zylinderlaufbuchse 1 kann durch Eintauchen in ein geeignetes Kältemittel, vorzugsweise Flüssigstickstoff, erfolgen. In diesem Falle wird die Zylinderlaufbuchse 1 schnell genug in die Bohrung des Zylinderkurbelgehäuses 2 eingesetzt, bevor sie sich wieder erwärmt und ausdehnt.Cooling the cylinder liner 1 can be done by immersion in a suitable refrigerant, preferably liquid nitrogen. In this case, the cylinder liner 1 fast enough into the bore of the cylinder crankcase 2 used before it warms up and expands again.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Zylinderlaufbuchse 1 während des Einsetzens in die Bohrung des Zylinderkurbelgehäuses 2 gekühlt, bis sich die Zylinderlaufbuchse 1 in ihrer endgültigen Position befindet. Dazu kann etwa eine geeignete Kühlvorrichtung in die Zylinderlaufbuchse 1 greifen und diese durch Kontakt mit der Innenfläche 5 der Zylinderlaufbuchse 1 abkühlen. Diese Vorrichtung kann auch so gestaltet werden, dass sie die Zylinderlaufbuchse 1 festhält und in die Bohrung einsetzt und weiter während des Erwärmens fixiert, wobei natürlich die Kühlung unterbrochen und eventuell durch die Vorrichtung sogar Wärme zugeführt wird.According to another aspect of the present invention, the cylinder liner 1 during insertion into the bore of the cylinder crankcase 2 cooled until the cylinder liner 1 in its final position. This can be about a suitable cooling device in the cylinder liner 1 grab and contact them with the inner surface 5 the cylinder liner 1 cooling down. This device can also be designed to hold the cylinder liner 1 holds and into the hole and continues to be fixed during the heating, of course, the cooling is interrupted and possibly even heat supplied by the device.

Vorzugsweise erfolgt das Erwärmen vom Zylinderkopfseitigen Ende der Zylinderlaufbuchse 1 aus. Dadurch wird dieses Ende zuerst fixiert und nicht durch die Wärmeausdehnung über das Zylinderkopfseitige Ende der Bohrung hinausgedrückt.Preferably, the heating takes place from the cylinder head end of the cylinder liner 1 out. As a result, this end is first fixed and not pushed out by the thermal expansion over the cylinder head end of the bore.

In einem weiteren Aspekt besteht die Zylinderlaufbuchse 1 aus einem Leichtmetall oder einem Leichtmetallverbund. Typischerweise finden hier Aluminium, Aluminiumlegierungen aus Al und Si bzw. Al und Mn bzw. Al und Mg oder auch eine Laufbuchse die Aluminium als Trägerschicht einsetzt, Verwendung. Neben einer Gewichtsersparnis bieten diese Materialien den Vorteil, dass sich ihr Wärmeausdehnungskoeffizient oftmals in einem verfahrenstechnisch günstigen Bereich von 20-25 µm/mK befindet.In another aspect, the cylinder liner 1 made of a light metal or a light metal composite. Typically, aluminum, aluminum alloys of Al and Si or Al and Mn or Al and Mg or a bushing which uses aluminum as a carrier layer, are used here. In addition to weight savings, these materials offer the advantage that their coefficient of thermal expansion is often in a process-technically favorable range of 20-25 μm / mK.

Vorzugsweise wird eine Zylinderlaufbuchse 1, deren Lauffläche bereits gehont bzw. honfertig ist, bereitgestellt. Eine Nachbearbeitung nach dem Fügeprozess ist dann im ersten Fall nicht notwendig, bzw. im zweiten Fall ist eine Nachbearbeitung durch Honen ausreichend, wobei dies kostengünstig mit einem üblichen Honverfahren, etwa in zwei Honstufen, durchgeführt wird.Preferably, a cylinder liner 1 whose tread is already honed or honed. A post-processing after the joining process is then not necessary in the first case, or in the second case, a post-processing by honing is sufficient, this being done inexpensively with a conventional honing process, such as in two honing stages.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht die Zylinderlaufbuchse 1 aus einem Material mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von mindestens 15 µm/mK, bevorzugt mindestens 20 µm/mK. Bei einem Durchmesser einer bei Automobilmotoren üblichen Zylinderlaufbuchse von 60 mm bis 100 mm und einem Übermaß von 50 µm bis 200 µm, vorzugsweise 70 µm bis 150 µm, der Zylinderlaufbuchse 1 gegenüber der Bohrung des Zylinderkurbelgehäuses 2 ist damit ein zum Einsetzen ausreichendes Schrumpfen der Zylinderlaufbuchse 1 beim Abkühlen um etwa 100 °C bis 250 °C unter die Raumtemperatur gewährleistet. Im Motorenbau Verwendung findende Leichtmetalle und Leichtmetallverbünde, also z.B. Aluminium, Aluminiumlegierungen oder auch eine Laufbuchse die Aluminium als Trägerschicht einsetzt, erfüllen diese Bedingung an den Wärmeausdehnungskoeffizienten typischerweise. Natürlich können auch andere Materialien mit einem geeigneten Wärmeausdehnungskoeffizienten ausgewählt werden.According to another aspect of the present invention, there is the cylinder liner 1 of a material having a thermal expansion coefficient of at least 15 μm / mK, preferably at least 20 μm / mK. With a diameter of a cylinder liner of 60 mm to 100 mm and an oversize of 50 μm to 200 μm, preferably 70 μm to 150 μm, which is customary in automotive engines, the cylinder liner 1 opposite the bore of the cylinder crankcase 2 is thus sufficient for insertion sufficient shrinkage of the cylinder liner 1 guaranteed on cooling by about 100 ° C to 250 ° C below room temperature. Light alloys and light metal composites used in engine construction, for example aluminum, aluminum alloys or else a bushing which uses aluminum as a carrier layer, typically fulfill this condition with regard to the thermal expansion coefficients. Of course, other materials with a suitable coefficient of thermal expansion can also be selected.

Gemäß einem weiteren Aspekt weist die Zylinderlaufbuchse 1 eine Außendurchmessertoleranz von maximal 50 µm auf. Aufgrund des durch die Pressfügung ausgeübten Druckes könnten etwaige Unebenheiten der Außenfläche 6, bzw. Abweichungen der Außenfläche 6 von der Zylinderform Unebenheiten/Abweichungen auf die Innenfläche 5 einer dünnwandigen Zylinderlaufbuchse 1 durchgedrückt werden. Zylinderlaufbuchsen können eine Wandstärke 4 von weniger als 0,5 mm aufweisen; eine Unebenheit/Abweichung auf der Außenfläche 6, die sich im Bereich von 0,1 - 0,3 mm befindet, kann daher durchaus auch Auswirkungen auf die Innenfläche 5 haben, wenn sich die Zylinderlaufbuchse 1 in der Presspassung befindet. Insgesamt kann dies zu einer Verschlechterung der tribologischen Eigenschaften der Lauffläche führen. Und gegebenenfalls ist ein Nachbearbeiten der Lauffläche notwendig.In another aspect, the cylinder liner 1 an outer diameter tolerance of a maximum of 50 μm. Due to the pressure exerted by the press-fitting any unevenness of the outer surface could 6 , or deviations of the outer surface 6 from the cylinder shape bumps / deviations on the inner surface 5 a thin-walled cylinder liner 1 be pushed through. Cylinder liners can have a wall thickness 4 less than 0.5 mm; an unevenness / deviation on the outer surface 6 , which is in the range of 0.1 - 0.3 mm, can therefore also affect the inner surface 5 have, if the cylinder liner 1 located in the press fit. Overall, this can lead to a deterioration of the tribological properties of the tread. And if necessary, a reworking of the tread is necessary.

Gemäß einem weiteren Aspekt weichen die Bohrungen des Zylinderkurbelgehäuses 2 um weniger als 50 µm von der Zylinderform ab. Ebenso wie eine Abweichung der Außenfläche 6 der Zylinderlaufbuchse 1 kann auch eine Abweichung der Bohrungen von der Zylinderform in einer Presspassung indirekt negative Auswirkungen auf die Zylinderform der Zylinderlaufbuchse 1 haben. Und somit gegebenenfalls ein Nachbearbeiten der Innenfläche 5 der Zylinderlaufbuchse 1 notwendig machen.According to another aspect, the holes of the cylinder crankcase soft 2 less than 50 μm from the cylindrical shape. As well as a deviation of the outer surface 6 the cylinder liner 1 Also, a deviation of the bores from the cylinder shape in an interference fit can indirectly negatively affect the cylinder shape of the cylinder liner 1 to have. And thus possibly a reworking of the inner surface 5 the cylinder liner 1 make necessary.

In einer weiteren beispielhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung wird die Zylinderlaufbuchse 1 an einer oder an beiden axialen Enden am Außendurchmesser und/oder am Innendurchmesser mit einer Fase zu versehen. Im Falle einer Fase am Außendurchmesser eines Endes kann das Einsetzen der Zylinderlaufbuchse in die Bohrung des Zylinderkurbelgehäuses 2 erleichtert werden, wenn dieses Ende zuerst eingesetzt wird. Was insbesondere wichtig ist, wenn, wie in einem Aspekt der vorliegenden Erfindung beschrieben, die Zylinderlaufbuchse 1 durch Eintauchen in ein Kältemittel abgekühlt wird und der Schritt des Einsetzens in die Bohrung möglichst schnell erfolgen soll. Im Falle einer Fase am Innendurchmesser wird das Positionieren eines Honwerkzeuges erleichtert.In another exemplary embodiment of the present invention, the cylinder liner 1 at one or both axial ends on the outer diameter and / or on the inner diameter to be provided with a chamfer. In the case of a chamfer on the outer diameter of one end, the insertion of the cylinder liner in the bore of the cylinder crankcase 2 be relieved when this end is first inserted. Which is particularly important when, as described in one aspect of the present invention, the cylinder liner 1 is cooled by immersion in a refrigerant and the step of insertion into the bore should be done as quickly as possible. In the case of a chamfer on the inner diameter, the positioning of a honing tool is facilitated.

In einer weiteren beispielhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung besteht die Zylinderlaufbuchse 1 aus zwei Schichten, wobei die Außenschicht aus einem ersten beliebigen Material, das einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von mindestens 15 µm/mK aufweist, besteht und wobei die Innenschicht aus einem zweiten beliebigen Material besteht. Beispielsweise besteht dabei die äußere Mantelfläche aus einem Leichtmaterial und bildet die tragende Struktur der Zylinderlaufbuchse. Die innere Mantelfläche besteht z.B. aus einer thermisch gespritzten Eisen-Kohlenstoff-Legierung zu Schutz der Lauffläche vor Verschleiß. Selbstverständlich sind auch andere Kombinationen denkbar. Die Wärmeausdehnung des Verbundes wird durch die äußere, dickere Trägerschicht bestimmt, deren Wärmeausdehnungskoeffizient mit mindestens 15 µm/mK in einem für die Durchführung des Verfahrens günstigen Bereich liegt.In another exemplary embodiment of the present invention, there is the cylinder liner 1 of two layers, wherein the outer layer of a first any material having a coefficient of thermal expansion of at least 15 microns / mK, and wherein the inner layer consists of a second any material. For example, while the outer surface of a light material and forms the supporting structure of the cylinder liner. The inner surface consists for example of a thermally sprayed iron-carbon alloy to protect the tread from wear. Of course, other combinations are conceivable. The thermal expansion of the composite is determined by the outer, thicker support layer whose coefficient of thermal expansion is at least 15 μm / mK in a range which is favorable for carrying out the method.

Das beschriebene Verfahren zur Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses 2 mit thermisch gefügter Zylinderlaufbuchse 1 erlaubt das Einfügen von Zylinderlaufbuchsen ohne die Form und die Oberfläche der Innenfläche 5 der Zylinderlaufbuchsen zu beinträchtigen. Bei geeigneter Qualität der Zylinderbuchsen ist damit ein direktes Weiterverarbeiten, ohne Feinbearbeitung, bzw. mit wenig Feinbearbeitung, der bereits eingebauten Zylinderbuchsen möglich.The described method for producing a cylinder crankcase 2 with thermally bonded cylinder liner 1 allows the insertion of cylinder liners without the shape and the surface of the inner surface 5 affecting the cylinder liners. With appropriate quality of the cylinder liners is thus a direct further processing, without fine machining, or with little fine machining, the already installed cylinder liners possible.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: ZylinderlaufbuchseCylinder liner
22: Zylinderkurbelgehäusecylinder crankcase
33: Spaltgap
44: Wandstärke der ZylinderlaufbuchseWall thickness of the cylinder liner
55: Innenfläche der ZylinderlaufbuchseInner surface of the cylinder liner
66: Außenfläche der ZylinderlaufbuchseOuter surface of the cylinder liner

Claims

Method for producing a cylinder crankcase (2) with thermally bonded cylinder liner (1), comprising: Providing a cylinder liner (1); Providing a cylinder crankcase (2) including a press-fit bore for receiving the cylinder liner (1); Cooling the cylinder liner (1) while maintaining the temperature of the cylinder crankcase (2) until the outer diameter of the cylinder liner (1) is smaller than the diameter of the bore; Inserting the cylinder liner (1) in the cooled state in the bore; Warming up the cylinder liner (1) to effect a thermal press fit, the heating taking place from the cylinder head side end of the cylinder liner (1).

Method according to Claim 1 , further comprising a fine machining of the outer surface (6) of the cylinder liner (1) before insertion into the bore of the cylinder crankcase (2), so that the outer diameter tolerance is 50 microns maximum and the coaxiality is better than 50 microns.

Method according to one of the preceding claims, further comprising a fine machining of the inner surface (5) of the cylinder liner (1) before insertion into the bore of the cylinder crankcase (2), so that the inner surface (5) of the cylinder liner (1) by less than 50 microns deviates from the cylindrical shape.

Method according to one of the preceding claims, further comprising a fine machining of the bores of the cylinder crankcase (2) prior to insertion of the cylinder liner (1), so that the holes deviate from the cylindrical shape by less than 50 microns.

A method according to any one of the preceding claims, further comprising honing the Inner surface (5) of the cylinder liner (1) after the joining process.

Method according to one of the preceding claims, wherein the cooling of the cylinder liner (1) by immersion in a suitable refrigerant, preferably liquid nitrogen, is performed.

Method according to one of the preceding claims, wherein the cylinder liner (1) during insertion into the bore of the cylinder crankcase (2) is cooled until the cylinder liner (1) is in its final position.

Method according to one of the preceding claims, wherein the cylinder liner (1) consists of a light metal or a light metal composite.

Method according to one of the preceding claims, wherein the cylinder liner (1) honed or honeyfertig.

Method according to one of the preceding claims, wherein the thermal expansion coefficient of the material of the cylinder liner (1) is at least 15 μm / mK, preferably at least 20 μm / mK.

Method according to one of the preceding claims, wherein the cylinder liner (1) has an outer diameter tolerance of 50 microns maximum.

Method according to one of the preceding claims, wherein the bores of the cylinder crankcase (2) differ by less than 50 microns from the cylindrical shape.

Method according to one of the preceding claims, wherein the cylinder liner (1) is provided at one or both axial ends on the outer diameter and / or on the inner diameter with a chamfer.

Method according to one of the preceding claims, wherein the cylinder liner (1) consists of two layers, wherein the outer layer of a first any material having a thermal expansion coefficient of at least 15 microns / mK, and wherein the inner layer consists of a second arbitrary material.