DE102017103442A1

DE102017103442A1 - Extrudierte Zylinderbuchse

Info

Publication number: DE102017103442A1
Application number: DE102017103442.0A
Authority: DE
Inventors: Cliff E. Maki; Antony George Schepak; Mathew Leonard Hintzen; James Maurice Boileau; Mark W. THIBAULT
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2016-02-29
Filing date: 2017-02-20
Publication date: 2017-08-31
Also published as: CN107131069A; US20170248097A1; MX2017002643A; US10066577B2

Abstract

Es werden extrudierte Zylinderbuchsen und Verfahren zum Ausbilden derselben offenbart. Die extrudierte Kraftmaschinenzylinderbuchse kann einen zylindrischen Körper umfassen, der eine Längsachse aufweist und eine innere Oberfläche und eine äußere Oberfläche definiert. Mehrere voneinander beabstandete Merkmale können aus der äußeren Oberfläche herausragen und können sich in eine Richtung schräg zur Längsachse erstrecken. Das Verfahren kann Extrudieren eines Metallmaterials durch eine Druckgießform zum Ausbilden eines zylindrischen Körpers, der eine innere Oberfläche und eine äußere Oberfläche sowie mehrere voneinander beabstandete Merkmale, die aus der äußeren Oberfläche herausragen, definiert, umfassen. Die Druckgießform kann während zumindest eines Teils des Extrudierschritts um eine Längsachse gedreht werden, sodass sich die Merkmale in eine Richtung schräg zur Längsachse erstrecken. Die schrägen Merkmale können dem Grundgussmaterial gestatten, in die Kanäle dazwischen einzudringen und die Buchse am Bewegen in der vertikalen und horizontalen Richtung zu hindern.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine extrudierte Zylinderbuchse, beispielsweise für Aluminiumgusskraftmaschinenblöcke.
HINTERGRUND
Aluminiumkraftmaschinenblöcke umfassen im Allgemeinen eine Gusseisenbuchse oder, bei Abwesenheit einer Buchse, eine Beschichtung an der Bohrungsoberfläche. Gusseisenbuchsen erhöhen im Allgemeinen das Gewicht des Blocks und führen zu einer fehlenden Übereinstimmung bei den thermischen Eigenschaften zwischen dem Aluminiumblock und den Gusseisenbuchsen. Bei buchsenlosen Blöcken muss möglicherweise eine erhebliche Investition für jeden Block, der eine Beschichtung (z. B. mittels eines Verfahrens zur Plasmabeschichtung der Bohrung) erhält, vorgenommen werden. Die Logistik für die Fertigung eines buchsenlosen Blocks kann komplex sein, wodurch sich die Produktionskosten erhöhen können. Darüber hinaus kann geometrische dimensionale Steuerung zum Ermöglichen einer gleichförmigen Plasmabeschichtungsdicke von der Spitze bis zum Boden der Zylinderbohrung schwierig sein.
KURZDARSTELLUNG
In zumindest einer Ausführungsform ist eine extrudierte Kraftmaschinenzylinderbuchse bereitgestellt. Die Buchse kann einen zylindrischen Körper, der eine Längsachse aufweist und eine innere Oberfläche sowie eine äußere Oberfläche definiert, und mehrere voneinander beabstandete Merkmale, die aus der äußeren Oberfläche herausragen, wobei sich die Merkmale in eine Richtung schräg zur Längsachse erstrecken, umfassen.
Die mehreren voneinander beabstandeten Merkmale können mehrere Kanäle zwischen benachbarten Merkmalen definieren, wobei sich die Kanäle in eine Richtung schräg zur Längsachse erstrecken. Die Merkmale können sich entlang der gesamten Höhe des zylindrischen Körpers erstrecken. In einer Ausführungsform sind die Merkmale rund um einen Umfang der äußeren Oberfläche gleichmäßig beabstandet. In einer weiteren Ausführungsform erstrecken sich die Merkmale in die Richtung schräg zur Längsachse entlang einer ganzen Höhe des zylindrischen Körpers. Die Merkmale können einen Teil umfassen, der sich in eine Richtung parallel zur Längsachse erstreckt. In einer Ausführungsform erstrecken sich die Merkmale in eine Richtung, die 5 bis 85 Grad zur Längsachse hat. In einer weiteren Ausführungsform erstrecken sich die Merkmale in eine Richtung, die 20 bis 70 Grad zur Längsachse hat. Die Merkmale können eine rechteckige oder dreieckige Querschnittsform haben.
In zumindest einer Ausführungsform ist ein Kraftmaschinenblock bereitgestellt. Der Kraftmaschinenblock kann umfassen: einen Körper, der ein erstes Material umfasst, sowie zumindest zwei eingegossene Zylinderbuchsen, die ein zweites Material umfassen; wobei die Zylinderbuchsen jeweils mehrere voneinander beabstandete Merkmale umfassen, die aus einer äußeren Oberfläche davon herausragen und sich in eine Richtung schräg zu einer Längsachse der Buchse erstrecken; und wobei das erste Material die Merkmale umgibt und sich zwischen diesen erstreckt.
Die mehreren voneinander beabstandeten Merkmale können mehrere Kanäle zwischen benachbarten Merkmalen definieren, wobei sich die Kanäle in eine Richtung schräg zur Längsachse erstrecken. Das erste Material kann im Wesentlichen die mehreren Kanäle füllen. In einer Ausführungsform widersteht das erste Material, das die Merkmale umgibt und sich zwischen ihnen erstreckt, relativer Bewegung zwischen den eingegossenen Zylinderbuchsen und dem Körper in einer vertikalen und einer horizontalen Richtung. Ein Merkmal einer ersten eingegossenen Zylinderbuchse kann direkt benachbart einem Kanal einer zweiten eingegossenen Zylinderbuchse sein.
In zumindest einer Ausführungsform ist ein Verfahren zum Ausbilden einer Zylinderbuchse bereitgestellt. Das Verfahren kann umfassen: Extrudieren eines Metallmaterials durch eine Druckgießform zum Ausbilden eines zylindrischen Körpers, der eine innere Oberfläche und eine äußere Oberfläche sowie mehrere voneinander beabstandete Merkmale, die aus der äußeren Oberfläche herausragen, definiert; und Drehen der Druckgießform um eine Längsachse während zumindest eines Teils des Extrudierschritts, sodass sich die Merkmale in eine Richtung schräg zur Längsachse erstrecken.
Die Druckgießform kann während des Extrudierschritts kontinuierlich gedreht werden, sodass sich die Merkmale in eine Richtung schräg zur Längsachse über einer ganzen Länge der Zylinderbuchse erstrecken. In einer weiteren Ausführungsform wird die Druckgießform während zumindest eines Teils des Extrudierschritts nicht gedreht, sodass sich die Merkmale in eine Richtung parallel zur Längsachse über einem Teil der Länge der Zylinderbuchse erstrecken. Das Verfahren kann Aufteilen des extrudierten Metallmaterials in mehrere Zylinderbuchsen nach dem Extrudier- und Drehschritt umfassen. Das Verfahren kann auch Aufbringen einer verschleißfesten Beschichtung auf die innere Oberfläche nach dem Extrudier- und Drehschritt und vor dem Aufteilen des extrudierten Metallmaterials umfassen. In einer Ausführungsform wird die Druckgießform so gedreht, dass sich die Merkmale in eine Richtung erstrecken, die 20 bis 70 Grad zur Längsachse hat.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Kraftmaschinenblocks;
2 ist eine perspektivische Ansicht einer Zylinderbuchse gemäß einer Ausführungsform;
3 ist eine schematische Ansicht eines Buchsenbeschichtungssystems gemäß einer Ausführungsform;
4 ist ein transversaler Querschnitt einer Extrusion, die axiale Merkmale in gerundeter Dreiecksform umfasst, gemäß einer Ausführungsform;
5 ist ein transversaler Querschnitt einer Extrusion, die axiale Merkmale in Rechtecksform umfasst, gemäß einer Ausführungsform;
6 ist ein transversaler Querschnitt einer Extrusion, die axiale Merkmale in Dreiecksform umfasst, gemäß einer Ausführungsform;
7 ist eine perspektivische Ansicht einer Extrusion, die Merkmale umfasst, die einen Umfang der Extrusion umlaufen, gemäß einer Ausführungsform;
8 ist eine schematische Darstellung eines extrudierten Hohlzylinders, der axiale Merkmale umfasst, die in mehrere Zylinderbuchsen aufgeteilt sind, gemäß einer Ausführungsform;
9A ist eine perspektivische Ansicht von zwei benachbarten Zylinderbuchsen, die umlaufende axiale Merkmale umfassen, gemäß einer Ausführungsform;
9B ist eine vergrößerte Ansicht von 9A, die ein axiales Merkmal einer Buchse zeigt, das in einem Kanal der anderen Buchse verschachtelt ist;
10 zeigt einen Querschnitt einer eingegossenen Zylinderbuchse gemäß einer Ausführungsform;
11 ist ein transversaler Querschnitt einer eingegossenen Zylinderbuchse mit axialen Merkmalen gemäß einer Ausführungsform; und
12 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Ausbilden eines Kraftmaschinenblocks mit einer eingegossenen Buchse gemäß einer Ausführungsform.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Wie erfordert, werden hier ausführliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung offenbart; es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich beispielhaft für die Erfindung sind, die in verschiedenen und alternativen Formen ausgeführt werden kann. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu; einige Merkmale können übertrieben oder minimiert sein, um Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Die speziellen strukturellen und funktionalen Details, die hier offenbart werden, sollen deshalb nicht als einschränkend interpretiert werden, sondern lediglich als eine repräsentative Basis, um einen Fachmann zu lehren, wie die vorliegende Erfindung auf verschiedene Weise einzusetzen ist.
Bezug nehmend auf 1 ist ein Kraftmaschinen- oder Zylinderblock 10 gezeigt. Der Kraftmaschinenblock 10 kann eine oder mehrere Zylinderbohrungen 12 umfassen, die dazu ausgelegt sein können, Kolben einer internen Brennkraftmaschine zu beherbergen. Der Kraftmaschinenblockkörper kann aus jedem geeigneten Metallmaterial ausgebildet sein, wie etwa Aluminium, Gusseisen, Magnesium oder Legierungen davon. Darüber hinaus kann der Kraftmaschinenblock aus Nichtmetallmaterialien ausgebildet sein, wie etwa faserverstärkten Verbundwerkstoffen (z. B. Kohlenstoff-, Glas-, Bor- oder Keramikfasern usw.) oder keramisch basierten Materialien. In zumindest einer Ausführungsform können die Zylinderbohrungen 12 im Kraftmaschinenblock 10 Zylinderbuchsen 14 umfassen, wie etwa in 2 gezeigt. Die Buchsen 14 können ein Hohlzylinder oder Rohr mit einer äußeren Oberfläche 16, einer inneren Oberfläche 18 und einer Wandstärke 20 sein. In zumindest einer Ausführungsform kann die Buchse bzw. können die Buchsen 14 in den Kraftmaschinenblock 10 eingegossen sein. Die in gemeinsamem Besitz befindliche und ebenfalls anhängige US-Patentanmeldung, Seriennummer 14/972,144, eingereicht am 17. Dezember 2015, offenbart eingegossene Zylinderbuchsen, und auf die Offenbarung wird hier in ihrer Gänze Bezug genommen. Die hier offenbarten Buchsen 14 können in das Eingießverfahren der genannten Anmeldung integriert werden.
Wenn das Grundmaterial bei herkömmlichen Kraftmaschinenblöcken Aluminium ist, kann eine Gusseisenbuchse oder eine Beschichtung in den Zylinderbohrungen bereitgestellt werden, um die Zylinderbohrung mit erhöhter Festigkeit, Steifigkeit, Verschleißfestigkeit oder anderen Eigenschaften auszustatten. Beispielsweise kann eine Gusseisenbuchse in den Kraftmaschinenblock eingegossen oder in die Zylinderbohrungen eingepresst werden, nachdem der Kraftmaschinenblock ausgebildet wurde (z. B. durch Gießen). In einem weiteren Beispiel können die Aluminiumzylinderbohrungen buchsenlos sein, können aber mit einer Beschichtung beschichtet werden, nachdem der Kraftmaschinenblock ausgebildet wurde (z. B. durch Gießen).
In zumindest einer Ausführungsform können der offenbarte Kraftmaschinenblock 10 und die Buchsen 14 aus Aluminium (z. B. in Reinform oder als Legierung) ausgebildet sein. In weiteren Ausführungsformen können der Kraftmaschinenblock 10 oder die Buchsen 14 aus einem anderen Material als Aluminium ausgebildet sein. Wie oben beschrieben, kann der Kraftmaschinenblock aus Materialien ausgebildet sein, wie etwa Magnesium, Faserverbundwerkstoff oder Keramik. Die Buchsen 14 können aus einem extrudierbaren Metall ausgebildet sein. Entsprechend können der Block 10 und die Buchsen 14 aus dem gleichen Material ausgebildet sein (obwohl spezifische Legierungen unterschiedlich sein können), oder sie können unterschiedlich sein (z. B. können Block/Buchsen aus „gemischten Materialien“ bestehen). Eine hohle Extrusion 22 kann auf eine Länge ausgebildet werden, die länger als eine einzelne Buchse 14 ist, beispielsweise, auf eine Länge von mehreren Buchsen. Die hohle Extrusion 22 kann ein Hohlzylinder sein, zumindest an der Innenoberfläche der Extrusion 22. Allerdings kann die hohle Extrusion 22 eine nicht kreisförmige äußere Oberfläche und eine kreisförmige innere Oberfläche haben. In einer Ausführungsform kann die Extrusion 22 eine Länge von mindestens zwei Buchsen 14 haben, wie etwa von mindestens 4, 6 oder 8 Buchsen. In einer weiteren Ausführungsform kann die Extrusion 22 eine absolute Länge von mindestens 2, 4, 6 oder 8 Fuß haben.
Mit Bezug auf 3 kann eine hohle Extrusion 22 extrudiert und mit einer Beschichtung versehen werden, bevor sie in einzelne Buchsen 14 geschnitten wird. Vor Aufbringen der Beschichtung kann die Extrusion 22 maschinell bearbeitet und/oder anderen Ausbildungs-, Ausformungs- oder Texturierungsverfahren unterzogen werden. In einer Ausführungsform können der Innen- und/oder Außendurchmesser der Extrusion 22 vor dem Beschichten eingestellt werden, beispielsweise durch Drehen oder andere Verfahren. Da Material entfernt wird, kann der Außendurchmesser auf ein bestimmtes Maß verringert werden, und der Innendurchmesser kann auf ein bestimmtes Maß vergrößert werden. Entsprechend kann die extrudierte Extrusion 22 einen Außendurchmesser, der größer als ein abschließendes Maß der Buchsen 14 ist, und einen Innendurchmesser, der kleiner als ein abschließendes Maß der Buchsen 14 ist, haben.
In zumindest einer Ausführungsform können die innere und/oder äußere Oberfläche der Extrusion 22 texturiert oder aufgeraut werden, bevor die Beschichtung auf die innere Oberfläche aufgebracht wird. Aufrauen der inneren Oberfläche kann die Adhäsion oder Bindestärke der Beschichtung an der Extrusion 22 verbessern, und Aufrauen oder Texturieren der äußeren Oberfläche kann die Adhäsion oder Bindestärke des Zylinders/der Buchse am Grundmaterial oder Gussmaterial des Kraftmaschinenblocks verbessern. Die an den inneren und äußeren Oberflächen verwendeten Aufrauverfahren können gleich oder unterschiedlich sein. Das Aufrauverfahren kann ein mechanisches Aufrauverfahren sein, beispielsweise mit einem Werkzeug mit Schneidkante, mit Kiesstrahlen oder mit einem Wasserstrahl. Andere Aufrauverfahren können Ätzen (z. B. chemisch oder mit Plasma), Funken-/elektrische Entladungen oder andere umfassen.

In mindestens einer Ausführungsform können die Extrusion 22 und die davon abgeleiteten Buchsen 14 aus Aluminium, wie etwa einer Aluminiumlegierung, ausgebildet sein. Die Aluminiumlegierung kann eine wärmebehandelbare Legierung sein, beispielsweise eine Legierung, die ausscheidungs- oder alterungsgehärtet werden kann. In einer Ausführungsform können die Extrusion 22 und die Buchsen 14 aus einer Aluminiumlegierung der Serie 2xxx ausgebildet sein. Die Aluminiumlegierungen der Serie 2xxx (z. B. gemäß IADS) umfassen Kupfer als wichtigstes und Hauptlegierungselement (im Allgemeinen von 0,7 bis 6,8 Gew.-%) und kann auf sehr hohe Festigkeitsniveaus (im Vergleich zu anderen Aluminiumlegierungen) ausscheidungsgehärtet werden. Die Serie 2xxx kann im Allgemeinen auf Festigkeiten höher als alle anderen mit Ausnahme der Aluminiumlegierungen der Serie 7xxx ausscheidungsgehärtet werden. Die Legierungen der Serie 2xxx erhalten auch hohe Festigkeit bei erhöhten Temperaturen, wie bei etwa 150 °C. Beispielsweise wird ein Vergleich einer gewöhnlichen Legierung der Serie 2xxx, 2024, mit einer gewöhnlichen Legierung der Serie 6xxx, 6061, bei T6-Tempern (ausscheidungsgehärtet auf Spitzenfestigkeit) und bei Raumtemperatur sowie bei 150 °C in der folgenden Tabelle 1 gezeigt: Tabelle 1. Vergleich der mechanischen Eigenschaften.

Prüftemperatur	25 °C			150 °C
Legierung und Wärmebehandlung	2024-T6	6061-T6	Typischer Grauguss für Verwendung bei Buchsen	2024-T6	6061-T6
Zugfestigkeit (UTS, MPa)	476	310	360 (min.)	310	234
Streckfestigkeit (YS, MPa)	393	296	-	248	214
% Verlängerung	10	17	-	17	20
500 kg. Brinellhärte	130	95	-	-	-
Relative Bearbeitbarkeit (A = Beste, E = Schlechteste)	B (Erfordert Spanbrecher zur Verhinderung von Fließspänen)	C (schwer zu kontrollierende Fließspäne)	A	-	-

Wie in der Tabelle gezeigt, hat die Legierung der Serie 2xxx, 2024, sowohl bei Raumtemperatur (25 °C) als auch bei erhöhter Temperatur (150 °C) eine deutliche höhere Zugfestigkeit (UTS – Ultimate Tensile Strength) und Streckfestigkeit (YS – Yield Strength). Tatsächlich ist die Zugfestigkeit von Aluminium 2024 bei 150 °C gleich der Zugfestigkeit von Aluminium 6061 bei Raumtemperatur. Das Aluminium 2024 hat auch eine größere Härte. Während die Eigenschaften basierend auf spezifischen Legierungen innerhalb der Serien 2xxx und 6xxx variieren können, gelten die oben beschriebenen allgemeinen Tendenzen. Beispielsweise kann die Extrusion 22 aus einem Aluminium der Serie 2xxx ausgebildet sein, die eine Zugfestigkeit von mindestens 400, 425, 450 oder 475 MPa und eine Streckfestigkeit von mindestens 300, 325, 350, 375 oder 390 MPa bei Raumtemperatur (z. B. 25 °C) hat. Während T6-Tempern in Tabelle 1 gezeigt ist, können andere Temperierungen verwendet werden, wie etwa T4, T5 oder T351.
Tabelle 1 umfasst auch die Zugfestigkeit für einen typischen Grauguss, wie er für Zylinderbuchsen verwendet wird. Wie gezeigt, ist die Zugfestigkeit für das Gusseisen mindestens 360 MPa. Der Grauguss ist daher deutlich stärker als die Legierung 6061, hat aber eine Zugfestigkeit, die deutlich niedriger als die der Legierung 2024 ist. Die minimale Zugfestigkeit für herkömmliche Gusseisenbuchsen ist wesentlich höher als die Zugfestigkeit der Serie 6xxx, daher sind Legierungen der Serie 6xxx in einigen Umgebungen möglicherweise ungeeignet. Darüber hinaus hat Grauguss typischerweise eine Ermüdungsfestigkeit von weniger als 75 MPa (z. B. etwa 62 MPa) und eine Wärmeleitfähigkeit von weniger als 50 W/m-K (z. B. etwa 46,4 W/m-K). Demgegenüber können die Extrusion 22 und die Buchsen 14 aus einer Aluminiumlegierung der Serie 2xxx (z. B. 2024) mit einer Ermüdungsfestigkeit von mindestens 100 MPa, wie etwa mindestens 110, 120 oder 130 MPa (z. B. 138 MPa) und einer Wärmeleitfähigkeit von mindestens 100 W/m-K, wie etwa mindestens 110 oder 120 W/m-K (z. B. 121 W/m-K) ausgebildet sein.
Aluminiumlegierungen der Serie 2xxx können weniger korrosionsbeständig als andere Legierungsserien sein, wie etwa die Serie 6xxx. Allerdings wurde festgestellt, dass die auf die Extrusion 22 aufgebrachte Beschichtung das Korrosionspotenzial abschwächen kann. Entsprechend wurde festgestellt, dass eine Aluminiumlegierung der Serie 2xxx verwendet werden kann, um die Zylinderbuchsen 14 auszubilden. Die Legierung kann eine höhere Zugfestigkeit, Streckfestigkeit, Ermüdungsfestigkeit und Wärmeleitfähigkeit als herkömmliche Gusseisenbuchsen haben und kann eine deutlich höhere Zugfestigkeit und Streckfestigkeit als andere Aluminiumlegierungen, wie etwa der Serie 6xxx, haben.
Darüber hinaus, während eine hohe Ausfalldehnung typischerweise eine positive Eigenschaft ist, wurde festgestellt, dass die niedrigere Ausfalldehnung der Serie 2xxx tatsächlich vorteilhaft für das mechanische Aufrauverfahren für die Buchsen 14 ist. Wie beispielsweise in Tabelle 1 gezeigt, hat Aluminium 2024 eine Ausfalldehnung von 10 %, während 6061 eine Ausfalldehnung von 17 % hat. Es wurde festgestellt, dass die höhere Dehnung des Aluminiums der Serie 6xxx zu einer langen, drahtartigen Materialentfernung bei Verwenden eines Schneidwerkzeugs zum Aufrauen führt. Dies führt zu einer Oberfläche, die im Allgemeinen keine diskreten Vertiefungen umfasst, in die die Beschichtung eindringen und eine mechanische Verbindung eingehen kann. Stattdessen wurde festgestellt, dass die Serie 2xxx einfacher solche Vertiefungen ausbildet. Entsprechend ist das Vorhandensein einer verringerten Dehnbarkeit überraschenderweise eine positive Eigenschaft des Aluminiums der Serie 2xxx im Vergleich mit anderen Legierungsserien (z. B. 6xxx). Nicht einschränkende Beispiele von spezifischen Legierungen der Serie 2xxx können 2024, 2008, 2014, 2017, 2018, 2025, 2090, 2124, 2195, 2219, 2324 oder Modifikationen/Varianten davon umfassen. Die 2xxx-Legierungen können auch basierend auf mechanischen Eigenschaften definiert werden, wie etwa den oben beschriebenen (z. B. Zugfestigkeit, Streckfestigkeit, Ermüdungsfestigkeit, Wärmeleitfähigkeit usw.).
In weiteren Ausführungsformen können die Extrusion 22 und die davon abgeleiteten Buchsen 14 aus einem Nicht-Aluminiummetall, wie etwa Magnesium oder einer Legierung davon, ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Extrusion aus Magnesium ausgebildet sein, und der Kraftmaschinenblock 10 kann aus Magnesium oder Aluminium (oder Legierungen davon) ausgebildet sein. Die Verwendung einer Magnesiumbuchse mit einem magnesium- oder aluminiumbasierten Kraftmaschinenblock kann das Potenzial für galvanische Korrosion verringern, insbesondere im Vergleich mit Magnesiumblöcken mit Gusseisenbuchsen.
In einer Ausführungsform, gezeigt in 3, kann die Extrusion 22 auf einer horizontalen Achse 24 angeordnet sein und um die Achse 24 gedreht werden, während eine Beschichtung durch eine Spritzvorrichtung 26 aufgebracht wird. Natürlich kann die Extrusion 22 auf jeder Achse angeordnet sein, wie etwa vertikal oder in einem Winkel zwischen horizontal und vertikal. Die Spritzvorrichtung 26 kann stationär sein, sodass die Drehung der Extrusion 22 bewirkt, dass die Beschichtung auf die gesamte innere Oberfläche der Extrusion 22 aufgebracht wird. Allerdings kann in weiteren Ausführungsformen die Spritzvorrichtung 26 anstatt (oder zusätzlich zu) der Extrusion 22 gedreht werden.
Um die Beschichtung entlang einer ganzen Länge der Extrusion 22, oder bei mindestens 75 %, 85 % oder 95 % der Länge der Extrusion 22 aufzubringen, kann die Extrusion 22 in eine Richtung parallel zu ihrer Längsachse bewegt werden (und sich z. B. gleichzeitig um eine Achse drehen). Beispielsweise, wie in 3 gezeigt, kann die Extrusion 22 in die horizontale Richtung bewegt werden, wenn die Extrusion 22 auf der horizontalen Achse 24 angeordnet ist. Wenn allerdings die Extrusion 22 auf einer anderen Achse angeordnet ist, kann sie in eine Richtung parallel dazu bewegt werden. In Ausführungsformen, bei denen die Extrusion 22 entlang ihrer Längsachse bewegt wird, kann die Spritzvorrichtung 26 stationär bleiben. Beispielsweise, wie in 3 gezeigt, kann sich die Extrusion 22 um die Achse 24 drehen und außerdem horizontal in die Axialrichtung bewegen, während die Spritzvorrichtung 26 stationär bleibt. Die Innenoberfläche der Extrusion 22 kann daher mit einer gespritzten Beschichtung entlang einer Länge der Extrusion 22 beschichtet werden, ohne die Spritzvorrichtung 26 zu bewegen.
Während die Spritzvorrichtung 26 stationär und/oder nicht-drehend sein kann, können andere Auslegungen der Extrusion 22 und der Spritzvorrichtung 26 ebenfalls verwendet werden. Beispielsweise kann sich die Extrusion 22 entlang einer Achse drehen, aber in Axialrichtung stationär bleiben, und die Spritzvorrichtung 26 kann sich in Axialrichtung bewegen, um die Innenoberfläche des Zylinders zu beschichten. Alternativ können sich die Spritzvorrichtung 26 und die Extrusion 22 beide in Axialrichtung bewegen. In einer weiteren Ausführungsform kann sich die Extrusion 22 in Axialrichtung bewegen, dreht sich aber möglicherweise nicht um eine Achse, während sich die Spritzvorrichtung 26 um eine Achse drehen, aber in der gleichen axialen Position verbleiben kann. Die Extrusion 22 kann auch vollständig stationär verbleiben – sich nicht drehen oder axial bewegen – während sich die Spritzvorrichtung sowohl um eine Achse dreht, als auch in Axialrichtung bewegt. Entsprechend kann sich jede Kombination aus der Extrusion 22 und der Spritzvorrichtung 26 in der Axialrichtung bewegen und um eine Achse drehen, um die Innenoberfläche des Zylinders entlang seiner Länge zu beschichten.
Die Spritzvorrichtung 26 kann jeder Typ von Spritzvorrichtung sein, wie etwa eine thermische Spritzvorrichtung. Nicht einschränkende Beispiele von thermischen Spritztechniken, die verwendet werden können, umfassen Plasmaspritzen, Detonationsspritzen, Drahtlichtbogenspritzen (z. B. Drahtlichtbogen mit Plasmaübertragung oder PTWA (plasma transferred wire arc)), Flammspritzen, Hochgeschwindigkeitsflammspritzen (HVOF, high velocity oxy-fuel), Warmspritzen oder Kaltspritzen. Andere Beschichtungstechniken können ebenfalls verwendet werden, wie etwa Gasphasenabscheidung (z. B. PVD oder CVD) oder chemische/elektrochemische Techniken. In mindestens einer Ausführungsform kann die Spritzvorrichtung 26 eine Spritzvorrichtung mit Drahtlichtbogen mit Plasmaübertragung (PTWA) sein.
Die Beschichtung, die durch die Spritzvorrichtung 26 oder eine andere Beschichtungstechnik aufgebracht wird, kann jede geeignete Beschichtung sein, die ausreichende Festigkeit, Steifigkeit, Dichte, Poisson’sche Zahl, Ermüdungsfestigkeit und/oder Wärmeleitfähigkeit für eine Kraftmaschinenblockzylinderbohrung bietet. In mindestens einer Ausführungsform kann die Beschichtung eine Stahlbeschichtung sein. Nicht einschränkende Beispiele geeigneter Stahlzusammensetzungen können jede AISI/SAE-Stahlsorte von 1010 bis 4130 umfassen. Der Stahl kann auch ein Edelstahl sein, wie etwa die in der Serie AISI/SAE 400 (z. B. 420). Allerdings können auch andere Stahlzusammensetzungen verwendet werden. Die Beschichtung ist nicht auf Stähle begrenzt, und kann aus anderen Metallen oder Nichtmetallen ausgebildet sein oder diese umfassen. Beispielsweise kann die Beschichtung eine keramische Beschichtung, eine polymere Beschichtung oder eine amorphe Kohlenstoffbeschichtung (z. B. DLC oder ähnlich) sein. Die Beschichtung kann daher basierend auf ihren Eigenschaften anstatt einer spezifischen Zusammensetzung beschrieben werden.
In einem Beispiel kann eine metallische Beschichtung eine Adhäsionsfestigkeit von mindestens 45 MPa haben, wie durch das Verfahren ASTM E633 gemessen. In einem weiteren Beispiel kann eine Buchse eine minimale Verschleißtiefe, wie etwa 6 µm, nach einem Verschleißtest haben. Beispielsweise kann eine Buchse mit einer 300 µm starken, auf 1010-Stahl basierenden Beschichtung, die über ein Drahtlichtbogensystem mit Plasmaübertragung aufgebracht wurde, mit einer Cameron-Plint-Prüfvorrichtung getestet werden. Bei Verwendung der Vorrichtung mit den folgenden Parametern: Mo-CrNi-Kolbenring, 5W-30-Öl bei einer Temperatur von 120 °C, 350 N Last, 15 mm Hublänge und 10 Hz Prüffrequenz, darf die Buchse nach 100 Prüfstunden nicht mehr als 6 µm Verschleißtiefe aufweisen.
Bezug nehmend auf 4–7 kann die Extrusion 22 extrudiert werden, um eine im Wesentlichen zylindrische innere Oberfläche 28 und eine äußere Oberfläche 30 zu haben. Die innere Oberfläche 28 kann die Innenseite der hohlen Extrusion 22 definieren und kann die Beschichtung aufnehmen, wie oben beschrieben. Die beschichtete innere Oberfläche 28 kann die Bohrungsoberfläche in der fertigen Zylinderbohrung 12 nach späterer Verarbeitung ausbilden. Die äußere Oberfläche 30 kann auch zylindrisch sein (z. B. kreisförmig im Querschnitt), kann allerdings auch Texturierung und/oder zusätzliche Merkmale umfassen. In einer Ausführungsform kann die äußere Oberfläche 30 aufgeraut oder texturiert sein. Das Aufrau-/Texturierungsverfahren kann ein mechanisches Aufrauverfahren sein, beispielsweise mit einem Werkzeug mit Schneidkante, mit Kiesstrahlen oder mit einem Wasserstrahl. Andere Aufrauverfahren können Ätzen (z. B. chemisch oder mit Plasma), Funken-/elektrische Entladungen oder andere umfassen. Die aufgeraute oder texturierte äußere Oberfläche 30 kann verbesserte Bindung mit dem Grundmetall bieten, wenn die Buchse 14 in den Kraftmaschinenblock 10 eingegossen wird. Die raue Oberfläche kann die Bindung aufgrund der vergrößerten Oberfläche verbessern und eine mechanische Verbindung zwischen dem Grundmetall und der Buchse 14 ermöglichen.
In mindestens einer Ausführungsform kann die äußere Oberfläche 30 zusätzlich zu oder anstatt Aufrauen oder Texturieren axiale Merkmale 32 umfassen. Die Merkmale 32 können aus einer ansonsten zylindrischen Außenfläche 30 herausragen. Entsprechend können die Merkmale 32 auch als Auswölbungen bezeichnet werden. Die Merkmale 32 können sich entlang der Axialrichtung der Extrusion 22 (z. B. entlang der Längsachse oder in Richtung der Extrusion) erstrecken. Die Merkmale 32 können sich entlang der gesamten axialen Dimension der Extrusion 22 erstrecken.
In einer Ausführungsform können sich die Merkmale 32 in einer geraden Linie in Axialrichtung (z. B. parallel zur Längsachse) erstrecken, sodass die Merkmale sich nicht bewegen oder den Umfang der Extrusion 22 umlaufen. Nicht einschränkende Beispiele von Merkmalen 32, die sich in einer geraden Linie in Axialrichtung erstrecken, sind im Querschnitt in 4–6 gezeigt. In 4 können die Merkmale 32 im Querschnitt als abgerundete Dreiecke 34 ausgebildet sein. In 5 können die Merkmale 32 im Querschnitt als Rechtecke 36 ausgebildet sein, die natürlich auch Quadrate sein können. In 6 können die Merkmale 32 im Querschnitt als Dreiecke 38 ausgebildet sein, die gleichseitige, gleichschenklige, rechtwinklige Dreiecke oder andere sein können. Während diese drei Querschnittsformen in 4–6 gezeigt sind, kann jeder geeignete durch Extrusion ausbildbare Querschnitt für die Merkmale 32 verwendet werden. Beispielsweise können die Merkmale 32 Teilkreise (z. B. Halbkreis oder Halbmond), hakenförmig, sägezahnförmig oder anders sein. Die Merkmale 32 können auch eine Kombination von unterschiedlichen Formen haben, einschließlich jede Kombination der hier gezeigten oder beschriebenen.
Es kann jede Anzahl von sich ausgehend von der äußeren Oberfläche 30 erstreckenden Merkmalen 32 geben. Die Anzahl von Merkmalen 32 kann von der Größe und/oder Form der Merkmale 32 abhängen. Beispielsweise kann es mindestens 3 Merkmale geben, wie etwa mindestens 5 oder mindestens 10 Merkmale. In einer Ausführungsform kann es 3 bis 20 Merkmale, oder jeden Teilbereich darin, wie etwa 4 bis 18 oder 5 bis 15 Merkmale 32, geben. In den gezeigten Ausführungsformen können die Merkmale 32 gleichmäßig beabstandet sein und/oder symmetrisch um zumindest eine vertikale Ebene sein. Allerdings können die Merkmale 32 in anderen Ausführungsformen ungleichmäßig beabstandet und/oder asymmetrisch sein. Die Abstände oder Lücken zwischen den Merkmalen 32 können als Kanäle 40 bezeichnet werden. In Ausführungsformen, bei denen sich die Merkmale 32 in einer geraden Linie in Axialrichtung erstrecken, können sich die Kanäle 40 auch in einer geraden Linie erstrecken. In ähnlicher Weise können sich die Merkmale 40 im Wesentlichen entlang der gesamten Länge der Extrusion 22 erstrecken.
Die Merkmale 32 und die dadurch ausgebildeten Kanäle 40 können die Bindung oder Adhäsion der Buchsen 14 am Grundmetall verbessern, wenn die Buchsen 14 darin eingegossen sind. Die Merkmale 32 und Kanäle 40 können eine ähnliche Funktion für das oben beschriebene Aufrauen/Texturieren haben, aber in einem größeren Maßstab. Wenn beispielsweise die Buchsen 14 in den Kraftmaschinenblock 10 eingegossen sind, kann das Grundmetall in die Kanäle 40 zwischen den Merkmalen 32 fließen und dadurch die Buchse 14 und den Kraftmaschinenblock 10 mechanisch miteinander verbinden. Diese Verbindung kann zusätzlich zu jedem Schmelzen der Oberfläche der Buchse 14 sein, zu dem es während des Eingießverfahrens kommt, wodurch eine metallurgische oder molekulare Bindung zwischen dem Grundmetall und der Buchse gebildet wird. Es kann sein, dass nicht die gesamte äußere Oberfläche der Buchsen schmilzt und die metallurgische/molekulare Bindung bildet, daher kann zusätzliche Verbindung des Grundmetalls und der Buchsen 14 aufgrund der Merkmale 32 eine zusätzliche Quelle von Bindung oder Adhäsion bieten.
Bezug nehmend auf 7 können sich in mindestens einer Ausführungsform die Merkmale 32 nicht in einer geraden Linie entlang der Axialrichtung für ihre gesamte Länge erstrecken (z. B. nicht parallel zur Längsachse entlang der gesamten Länge). Beispielsweise können eines oder mehrere der Merkmale 32 den Umfang der Extrusion 22 umlaufen und/oder umwickeln, wenn sie sich in Axialrichtung erstrecken. Entsprechend kann/können sich das Merkmal bzw. die Merkmale 32 in eine Richtung erstrecken, die schräg (d. h. nicht parallel oder rechtwinklig) zur Axialrichtung/Längsachse ist. Die Merkmale können sich daher an einem Ende 42 an anderen Positionen entlang des Umfangs der Extrusion 22 befinden als am anderen Ende 44. In der gezeigten Ausführungsform können die Merkmale 32 den Umfang der Extrusion entlang der gesamten Länge der Extrusion durchgehend umlaufen. Entsprechend kann die Extrusion 22 eine gezogene Konstruktion oder Auslegung der äußeren Oberfläche haben, ähnlich einem Gewehrlauf. Die Merkmale 32 können sich daher spiralförmig oder kontinuierlich um den Umfang der Extrusion 22 entlang einer Länge der Extrusion winden. Die Merkmale 32 können auch als helikal (schraubenförmig) bezeichnet werden (z. B. eine Helix (Schraubenlinie) um die äußere Oberfläche 30 bilden). Da die Merkmale 32 spiral- oder schraubenförmig um den Umfang gewickelt sein können, können sich die Lücken oder Kanäle 40 zwischen den Merkmalen ebenfalls spiral- oder schraubenförmig um den Umfang der Extrusion 22 wickeln. Die in 7 gezeigten Merkmale 32 sind rechtwinklig im Querschnitt, allerdings können schraubenförmige Elemente ausgebildet sein, die jede beliebige Querschnittsform haben können, wie etwa die in 4–6, andere weiter oben/unten beschriebene oder jede andere geeignete Form.
Während die gezeigte Ausführungsform Merkmale 32 hat, die den Umfang der Extrusion 22 auf deren gesamter Länge durchgehend umlaufen, können die Merkmale 32 nur auf einem Teil oder auf Teilen der Länge der Extrusion 22 den Umfang umlaufen. Beispielsweise können die Merkmale 32 auf einem bestimmten Teil der Länge der Extrusion 22 den Umfang umlaufen, und dann können sich die Merkmale 32 auf einem anderen Teil der Länge gerade erstrecken. Es kann alternierende Teile der Länge geben, bei denen sich die Merkmale 32 um den Umfang drehen und dann gerade sind. Die alternierenden Teile können relativ lange oder können kurze diskrete Teile sein.
Wie oben beschrieben, kann die Extrusion 22 durch Extrudieren von Aluminium, wie etwa Aluminium der Serie 2xxx, ausgebildet werden. Extrusion umfasst im Allgemeinen Drücken eines großen Stücks Metall, typischerweise Puppe genannt, durch eine Druckgießform mit einer Öffnung, die die gewünschte Querschnittsform des extrudierten Teils hat. Das Extrusionsverfahren kann direkte oder indirekte Extrusion umfassen. Die Puppe kann aufgeheizt werden, damit sich das Metall einfacher verformen lässt. Beispielsweise können Aluminiumpuppen vor dem Extrusionsverfahren auf eine Temperatur von 800–925 °F aufgeheizt werden. Entsprechend bestimmen die Druckgießform und die Druckgießformöffnung die Form und den Querschnitt des extrudierten Teils. In den Ausführungsformen, bei denen sich die Merkmale 32 in einer geraden Linie vom Beginn zum Ende der Extrusion erstrecken, kann die Druckgießform während der Extrusion in einer statischen Position gehalten werden. In Ausführungsformen, bei denen die Merkmale 32, entweder durchgehend oder intermittierend, den Umfang der Extrusion umlaufen, kann die Druckgießform während der Extrusion gedreht werden, um zu bewirken, dass die Merkmale 32 und Kanäle 40 umlaufen. Wenn die Merkmale 32 dazu konzipiert sind, durchgehend zu umlaufen, kann die Druckgießform durchgehend gedreht werden. Wenn die Merkmale 32 Teile haben sollen, die gerade sind, kann die Druckgießform statisch gehalten werden, um gerade Merkmalsteile auszubilden. Die Drehgeschwindigkeit der Druckgießform kann verwendet werden, um zumindest teilweise den Winkel der Merkmale zu steuern (wenn z. B. andere Faktoren konstant sind, erzeugt schnellere Drehung einen größeren Winkel).
Die Form, Anzahl, Breite, der Abstand und Winkel (für gezogene Ausführungsformen) der Merkmale 32 kann in Abhängigkeit von der Konstruktion der Buchse und/oder des Kraftmaschinenblocks, von Produktionsparametern und von Betriebsbedingungen variieren. Diese Parameter können variiert werden, um bestimmte Bohrungsabstände und bestimmte Mindestniveaus an Grundmetallinfiltrierung und Bindungsstärke (z. B. sehr kleine Abstände zwischen Merkmalen zum Verhindern einer vollständigen Infiltrierung) bereitzustellen. Im Allgemeinen kann eine größere Anzahl von Merkmalen 32 verbesserte Verbindung zwischen der Buchse und dem Kraftmaschinenblock bieten, wenn andere Faktoren gleich bleiben. Bei gezogenen Buchsen kann sich die vertikale Verbindung im Allgemeinen bei einem größeren Drehwinkel um den Umfang der Buchse erhöhen.
Wie hier verwendet, kann der Winkel der Merkmale von der Längsachse gemessen werden, sodass ein Winkel von 0° keinen Umlauf (z. B. gerade Merkmale, wie etwa in 4–6) und 90° einen vollständigen Umlauf bedeutet. Ein Winkel von 90° ist für eine extrudierte Buchse im Wesentlichen unmöglich. In mindestens einer Ausführungsform können die Merkmale 32 den Umfang so umlaufen, dass sie einen Winkel von der Längsachse von mindestens 5° bilden, wie beispielsweise mindestens 10°, 20° oder 30°. In einer weiteren Ausführungsform können die Merkmale 32 den Umfang so umlaufen, dass sie einen Winkel von der Längsachse von 5° bis 89°, oder jedem Teilbereich darin, wie etwa 5° bis 85°, 10° bis 80°, 15° bis 75°, 20° bis 70°, 25° bis 65°, 30° bis 60° oder 40° bis 50°, bilden. Die Kanäle 40 können mit den gleichen Winkeln umlaufen wie die Merkmale 32.
Bezug nehmend auf 8 kann, nachdem die Extrusion 22 beschichtet ist (z. B. wie oben beschrieben), diese in mehrere Buchsen 14, die so dimensioniert sind, dass sie in eine Zylinderbohrung 12 eingesetzt werden können (z. B. durch Eingießen), geschnitten, aufgeteilt oder unterteilt werden. 8 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Merkmale 32 in der Axialrichtung gerade sind, allerdings kann das Aufteilen auch an Extrusionen 22 durchgeführt werden, die umlaufende Merkmale 32 haben. Die Buchsen 14 können geringfügig länger als ihre abschließende eingesetzte Länge geschnitten werden, um ein Schlichten oder andere abschließende Bearbeitungsprozesse zu ermöglichen. In mindestens einer Ausführungsform kann die Extrusion 22 in mindestens zwei Buchsen 14, wie etwa mindestens 4, 6 oder 8 Buchsen, geschnitten, aufgeteilt oder unterteilt werden. Die Extrusion 22 kann unter Verwendung jedes geeigneten Verfahrens, wie etwa Schneiden (z. B. Sägeschneiden), Drehen (z. B. mit einer Drehbank), mit Laser, Wasserstrahl oder anderen Bearbeitungsverfahren in mehrere Buchsen 14 separiert werden. Obwohl die Extrusion 22 als zuerst beschichtet gezeigt und beschrieben ist, bevor sie in mehrere Buchsen 14 geschnitten wird, wird auch in Betracht gezogen, dass die Extrusion 22 zuerst geschnitten werden kann und danach die einzelnen Buchsen 14 individuell beschichtet werden können. Allerdings kann Beschichten der Extrusion 22 zuerst verbesserte Effizienz bieten und Zyklenzeiten verringern. Beschichten der Extrusion 22 und Aufteilen derselben in mehrere Buchsen 14 kann die zusätzliche Verarbeitung eliminieren, die für thermisch gespritzte Blöcke (z. B. buchsenlose Blöcke) an der abschließenden Bearbeitungslinie oder in der Gießerei beim Stückeln erforderlich ist. Es bietet auch größere Zuverlässigkeit, dass die Beschichtung vor dem Eingießen in den Block gleichmäßig entsprechend den definierten technischen Spezifikationen aufgebracht wurde. Dies verringert die Ausschussrate und die Ausschusskosten des fertigen Kraftmaschinenblocks, da Verschrotten einer nicht spezifikationsgerechten Buchse hinsichtlich Aufwendungen, Zeit und Maschinenstunden sehr viel weniger kostenintensiv ist als das Verschrotten eines nicht spezifikationsgerechten Kraftmaschinenblocks am Ende des Verfahrens.
Bezug nehmend auf 9A–11 können die Zylinderbuchsen 14 in die Zylinderbohrungen 12 im Kraftmaschinenblock 10 eingegossen sein. Wie oben beschrieben, kann der Kraftmaschinenblock 10 aus jedem geeigneten Material ausgebildet sein, wie etwa Aluminium, Gusseisen, Magnesium oder Legierungen davon. In zumindest einer Ausführungsform ist der Kraftmaschinenblock 10 aus Aluminium (z. B. in Reinform oder als Legierung davon) ausgebildet. Der Kraftmaschinenblock 10 kann ein gegossener Kraftmaschinenblock sein. Der Kraftmaschinenblock 10 kann unter Verwendung jedes geeigneten Gießverfahrens, wie etwa Druckguss (z. B. Niederdruck- oder Hochdruckguss), Kokillenguss, Sandguss oder anderer gegossen werden. Diese Gussverfahren sind im Fachgebiet bekannt und werden nicht detailliert beschrieben. Ein Durchschnittsfachmann wird angesichts der vorliegenden Offenbarung in der Lage sein, das Eingießverfahren unter Verwendung von im Fachgebiet bekannten Gussverfahren umzusetzen.
Kurz gesagt, umfasst Druckgießen im Allgemeinen Drücken eines geschmolzenen Metalls (z. B. Aluminium) unter Druck in eine Druckgießform oder Gussform. Hochdruckguss kann Drücke von 8 bar oder mehr verwenden, um das Metall in die Druckgießform zu drücken. Kokillenguss umfasst im Allgemeinen die Verwendung von Gussformen und Kernen. Geschmolzenes Metall kann in die Gussform gegossen werden, oder ein Vakuum kann angelegt werden. Beim Kokillenguss werden die Gussformen mehrfach verwendet. Beim Sandguss wird eine Nachbildung oder ein Muster des fertigen Produkts im Allgemeinen in ein feines Sandgemisch gepresst. Dies bildet die Gussform, in die das Metall (z. B. Aluminium) gegossen wird. Die Nachbildung kann größer als das zu fertigende Teil sein, um die Schrumpfung während Aushärtung und Abkühlung zu berücksichtigen.
In Ausführungsformen, bei denen der Kraftmaschinenblock 10 aus Aluminium ausgebildet ist, kann es jede geeignete Aluminiumlegierung oder Zusammensetzung sein. Nicht einschränkende Beispiele von Legierungen, die als das Kraftmaschinenblockgrundmaterial verwendet werden können, umfassen A319, A320, A356, A357, A359, A380, A383, A390 oder andere Modifikationen/Variationen davon. Die verwendete Legierung kann vom Gussverfahrenstyp (z. B. Sandguss, Druckgießen usw.) abhängen. Die Grundaluminiumlegierung kann sich von der Buchse unterscheiden (z. B. Serie 2xxx). Wie oben beschrieben, können die Aluminiumzylinderbuchsen 14 in die Zylinderbohrungen 12 des Kraftmaschinenblocks 10 eingegossen sein. Die Buchsen 14 können, abhängig von dem spezifischen Gussverfahren, vor Einführung des geschmolzenen Aluminiums in die entsprechenden Gusskomponenten eingesetzt werden. Beispielsweise beim Druckgießen können die Zylinderbuchsen 14 zusätzlich zu oder als Teil der Kerne, die die Zylinderbohrungen 12 bilden, eingeschlossen werden.
Nachdem die Buchsen 14 in die Gussform eingesetzt wurden, kann das Gießen des Kraftmaschinenblocks 10 durchgeführt werden. Im Ergebnis des Gießverfahrens können die Buchsen 14 in den Kraftmaschinenblock 10 integriert (z. B. eingegossen) werden. Während des Gießverfahrens kommt das aufgeheizte, flüssige Grundaluminium in Kontakt mit der äußeren Oberfläche 16 der Buchse 14. Die hohe Temperatur des Grundaluminiums kann dazu führen, dass die äußere Oberfläche 16 schmilzt. Das Schmelzen kann so gerade auf die äußere Oberfläche 16 der Buchse 14 lokalisiert werden, dass ein Großteil der Wandstärke 20 nicht beeinflusst oder geschmolzen wird. In einer Ausführungsform kann das Schmelzen der äußeren Oberfläche 16 von 10 bis 50 µm ausgehend von der äußeren Oberfläche, oder jedem Teilbereich darin, stattfinden. Beispielsweise kann das Schmelzen auf 10 bis 45 µm, 15 bis 40 µm, 15 bis 45 µm oder 18 bis 38 µm beschränkt sein. Das Schmelzen kann an der gesamten äußeren Oberfläche 16 oder nur in bestimmten Teilen oder einem bestimmten Prozentsatz der äußeren Oberfläche 16 stattfinden. Wenn das Grundaluminium abkühlt und aushärtet, kann es daher eine metallurgische oder molekulare Bindung mit dem geschmolzenen Teil der äußeren Oberfläche 16 bilden. Entsprechend kann, anders als eine Buchse, die nach dem Gießen eingesetzt wird (z. B. durch Presspassung), die eingegossene Buchse 14 eine nahtlose metallurgische Bindung bilden, die nur durch metallurgische Analyse erkennbar ist. Diese metallurgische Bindung ist sehr stark und kann jede relative Bewegung zwischen dem Grundmaterial und der Buchse (z. B. zwischen Block und Buchse) verhindern.
Wie oben beschrieben, können die Merkmale 32 und die dadurch ausgebildeten Kanäle 40 die Bindung oder Adhäsion der Buchsen 14 am Grundmetall verbessern, wenn die Buchsen 14 darin eingegossen sind. Wenn beispielsweise die Buchsen 14 in den Kraftmaschinenblock 10 eingegossen sind, kann das Grundmetall in die Kanäle 40 zwischen den Merkmalen 32 fließen und dadurch die Buchse 14 und den Kraftmaschinenblock 10 mechanisch miteinander verbinden. Es kann sein, dass nicht die gesamte äußere Oberfläche 16 der Buchsen schmilzt und die metallurgische/molekulare Bindung bildet, daher kann zusätzliche Verbindung des Grundmetalls und der Buchsen 14 aufgrund der Merkmale 32 eine zusätzliche Quelle von Bindung oder Adhäsion bieten.
Die zusätzliche Verbindung des Grundmaterials und der Buchsen 14 kann insbesondere in Ausführungsformen effektiv sein, bei denen die Merkmale 32 (über einem Teil oder der gesamten Länge) den Umfang der Buchsen 14 umlaufen. Das Umlaufen der Merkmale 32 um den Umfang der Buchsen 14 kann Verbindung sowohl in der horizontalen als auch vertikalen Richtung bieten (z. B. um den Umfang und in der Axialrichtung). Verbindung in der vertikalen (Axial-)Richtung kann vorteilhaft sein, wenn es während des Eingießverfahrens keine, eine geringe oder eine weniger als vollständige metallurgische Bindung zwischen dem Grundmetall und der Buchse 14 gibt. Durch Verbinden des Grundmetalls und der Merkmale 32 in der vertikalen Richtung kann die Buchse 14 vertikal/axial an ihrem Platz gehalten werden und erhält nicht die Möglichkeit, in der vertikalen Richtung nach oben oder unten verschoben zu werden. Diese Art von vertikaler Verbindung ist möglicherweise bei Buchsen 14 mit Merkmalen 32, die in Axialrichtung gerade sind, nicht vorhanden, da die Merkmale 32 parallel zur Axialrichtung ausgerichtet sind. Entsprechend können die offenbarten Merkmale 32, die sich um den Umfang der Buchsen 14 drehen, Schlupf der Buchsen 14 in vertikaler/axialer Richtung verhindern oder verringern, selbst wenn während des Gießens eine unvollständige metallurgische Bindung zwischen dem Grundmaterial und den Buchsen 14 besteht.
Bezug nehmend auf 9A und 9B kann die Anordnung der Buchsen 14 ebenfalls eine Rolle beim Gießverfahren spielen. Wie in 9A und 9B gezeigt, können die Buchsen 14 so angeordnet sein, dass die Merkmale 32 von einer Buchse zumindest teilweise in den Kanälen 40 einer anderen Buchse verschachtelt sind. Wie in der vergrößerten Ansicht aus 9B gezeigt, kann das Merkmal 32 der linken Buchse benachbart zu oder verschachtelt in einem Kanal 40 der rechten Buchse angeordnet sein. Die gezeigte Ausführungsform umfasst Buchsen 14 mit Merkmalen 32, die sich um einen Umfang der Buchse entlang deren Länge drehen, allerdings kann die Verschachtelungsanordnung für jede der offenbarten Buchsen mit Merkmalen 32 verwendet werden. Beispielsweise können die Buchsen mit Merkmalen 32, wie in 4–6 gezeigt, so angeordnet sein, dass die Merkmale 32 an den Kanälen 40 in einer benachbarten Buchse angrenzend sind.
Verschachteln der Buchsen kann mehrere Vorteile haben. Beispielsweise kann Verschachteln sicherstellen, dass genug Platz zwischen den Buchsen vorhanden ist, durch den das Grundmetall während des Gießverfahrens fließen kann. Es kann außerdem weiter die Verbindung zwischen dem Grundmetall und den Buchsen verstärken, indem das Grundmetall so gedrückt wird, dass es sich zwischen den Merkmalen 32 und Kanälen 40 benachbarter Buchsen hineinschlängelt oder hineinwebt (z. B. schlangenartig). Es kann auch eine gleichmäßigere Grundmetalldicke zwischen benachbarten Buchsen bieten, anstelle einer relativ kleinen Dicke zwischen zwei benachbarten Merkmalen 32 und einer relativ großen Dicke zwischen zwei benachbarten Kanälen 40. Während allerdings die gezeigte verschachtelte Anordnung vorteilhaft sein kann, können die offenbarten Buchsen in jeder Anordnung platziert sein.
Bezug nehmend auf 10 ist eine seitliche Schnittansicht einer einzelnen Zylinderbohrung 12 mit einer eingegossenen Buchse 14 gezeigt. Die Bohrungswand 46 kann eine Verbindungsfläche 48 haben, die das Grundmaterial von der Buchse 14 trennt. Wie oben beschrieben, können das Grundmaterial und die Buchse 14 eine metallurgische oder molekulare Bindung bilden, sodass keine Lücke oder kein Platz zwischen der Bohrungswand 46 und der äußeren Oberfläche 16 der Buchse 14 besteht. Entsprechend ist die Verbindungsfläche 48 möglicherweise nicht sichtbar ohne metallurgische Analyse, wie etwa durch Ätzen, Hochleistungsmikroskopie, Zusammensetzungsanalyse oder andere Techniken, die in der Lage sind, zwischen den zwei molekular gebundenen Materialien zu unterscheiden.
Wie oben beschrieben, kann vor dem Gießverfahren auf die innere Oberfläche 18 der Buchse 14 eine Beschichtung 50 aufgebracht werden. Entsprechend kann die eingegossene Buchse 14 die Beschichtung 50 auf ihrer inneren Oberfläche 18 umfassen, und die Beschichtung 50 kann die innerste Oberfläche von zumindest einem Teil der Zylinderbohrung 12 bilden. In mindestens einer Ausführungsform kann die Zylinderbuchse 14 so überformt sein, dass das Grundmaterial des Kraftmaschinenblocks 10 die Buchse 14 an der äußeren Oberfläche 16 und an der Oberseite 52 und an der Unterseite 54 der Buchse 14 umgibt. Das Grundmaterial kann sowohl das Aluminium als auch die Beschichtung 50 der Buchse 14 umgeben. Überformen der Buchse 14 kann ferner die Buchse 14 innerhalb des Kraftmaschinenblocks 10 einschließen oder verankern (z. B. zusätzlich zu der molekularen Bindung und/oder den Merkmalen 32).
Anders gesagt, kann die Buchse 14 zumindest teilweise in die Bohrungswand 46 eingelassen sein, sodass sich ein Teil 56 der Bohrungswand 46 zumindest teilweise über die Buchse 14 an der Oberseite 52 und/oder an der Unterseite 54 der Buchse 14 hinaus erstreckt bzw. darüber hinaushängt (z. B. das Aluminium und die Beschichtung). In einer Ausführungsform erstreckt sich der Teil 56 der Bohrungswand 46 vollständig über die Buchse 14 an der Oberseite 52 und/oder an der Unterseite 54 der Buchse 14 oder hängt darüber hinaus. Beispielsweise kann ein Teil 56 der Bohrungswand 46 bündig oder wesentlich bündig (z. B. koplanar) mit der Beschichtung 50 an der Oberseite 52 und/oder an der Unterseite 54 der Buchse sein, um zumindest einen Teil der innersten Oberfläche der Zylinderbohrung 12 zu bilden.
Bezug nehmend auf 11 ist ein transversaler Querschnitt (z. B. rechtwinklig zur Axialrichtung) einer Kraftmaschinenbohrung 12 mit einer eingegossenen Buchse 14 mit Merkmalen 32 gezeigt. Ähnliche wie der in 10 gezeigte seitliche Querschnitt hat die Buchse 14 eine Beschichtung 50, die eine innerste Oberfläche der Zylinderbohrung 12 bildet. Eine Verbindungsfläche 48 grenzt das Grundmaterial 58 von der äußeren Oberfläche 60 der Buchse 14 ab. Das Grundmaterial 58 kann die zwischen den Merkmalen 32 gebildeten Kanäle 40 füllen. Während die Merkmale 32 als Rechtecke und als in Axialrichtung gerade gezeigt sind, würde das gleiche für jede andere Merkmalsform und für Ausführungsformen gelten, bei denen die Merkmale 32 entlang eines Umfangs der Buchse diese umlaufen.
Während oben die verschiedenen Schritte beim Ausbilden eines Kraftmaschinenblocks mit eingegossenen Buchsen beschrieben sind, ist in 12 ein Flussdiagramm 100 gezeigt, das ein Beispiel eines Verfahrens zum Ausbilden eines Kraftmaschinenblocks mit eingegossenen Buchsen beschreibt. Bei Schritt 102 kann eine verlängerte hohle Extrusion extrudiert werden, die eine Länge hat, die ein Mehrfaches der Länge einer einzelnen Zylinderbuchse ist. Wie oben beschrieben, kann die innere Oberfläche der Extrusion ein Hohlzylinder sein, aber die äußere Form der Extrusion kann nicht-kreisförmig sein und kann Merkmale umfassen, die sich in der Axialrichtung erstrecken. Zum Ausbilden von axialen Merkmalen in der Extrusion kann eine Druckgießform verwendet werden, die eine entsprechende Druckgießformöffnung aufweist. Zum Erzeugen einer Extrusion, bei der sich die Merkmale um einen Umfang der Buchse drehen, kann die Druckgießform während des Extrusionsverfahrens gedreht werden. Die Drehrate der Druckgießform kann in Abhängigkeit von dem gewünschten Winkel der Merkmale, dem Stoßdruck während der Extrusion oder anderen Parametern variieren. Bei Schritt 104 kann die Extrusion abgedreht oder anderweitig auf einen vordefinierten Innendurchmesser (ID) und eine äußere Form bearbeitet werden. Wenn beispielsweise in der Extrusion axiale Merkmale ausgebildet sind, können die Merkmale bearbeitet werden, um ihre Formen zu ändern oder um sie in bestimmte Toleranzen zu bringen. In bestimmten Ausführungsformen können die Extrusionstoleranzen eng genug sein, dass Schritt 104 nicht erforderlich ist.
Bei Schritt 106 kann der ID der Extrusion halbgeschruppt sein. Dies kann Entfernen von Material vom Innendurchmesser der Extrusion zum weiteren Verfeinern des ID umfassen. Dieser Schritt kann unter Verwendung eines Bohrverfahrens, Fräsverfahrens oder anderer Materialentfernungsverfahren durchgeführt werden. Bei Schritt 108 kann der ID der Extrusion zum Vorbereiten auf das Aufbringen einer Beschichtung aufgeraut werden. Aufrauen des ID kann erlauben, dass die Beschichtung besser an der Extrusion bindet, beispielsweise zur Verstärken der mechanischen Verbindung zwischen der Beschichtung und dem ID. In einer Ausführungsform kann das Aufrauen mechanisches Aufrauen sein, wie oben beschrieben. Allerdings können auch andere Aufrauverfahren verwendet werden.
Bei Schritt 110 kann der Innendurchmesser der Extrusion mit einer Beschichtung beschichtet werden. Wie oben beschrieben, kann die Beschichtung aufgespritzt werden, beispielsweise durch ein thermisches Spritzverfahren, wie etwa Plasmaspritzen oder Drahtlichtbogenspritzen (z. B. PTWA). Die Beschichtung kann unter Verwendung einer stationären Spritzvorrichtung aufgebracht werden, während sich die Extrusion um die Spritzvorrichtung dreht und/oder sich die Spritzvorrichtung drehen kann. Die Spritzvorrichtung oder die Extrusion können in Axialrichtung bewegt werden, um den ID entlang zumindest eines Teils der Länge der Extrusion zu beschichten (z. B. bei mindestens 95 % der Länge). Zur Kontrolle von Spritzern der Beschichtung außerhalb der Extrusion kann eine physische Schutzvorrichtung, ein Luftvorhang, ein Luftabführkanal oder andere Barrieren verwendet werden. Die Beschichtung kann eine Stahlbeschichtung sein, und die Beschichtung kann direkt auf den Innendurchmesser der Extrusion aufgebracht werden (d. h. ohne dazwischen liegende Beschichtungen).
Bei Schritt 112 kann die beschichtete Extrusion in mehrere Buchsen aufgeteilt, unterteilt oder geschnitten werden. Die Länge der Extrusion und die Länge der Buchsen, die daraus geschnitten werden sollen, bestimmen die Anzahl der Buchsen, die aus jeder Extrusion gebildet werden. In mindestens einer Ausführungsform können mindestens 5 Buchsen aus einer einzelnen Extrusion geschnitten werden. Während die Extrusion als zuerst beschichtet und dann aufgeteilt gezeigt wird, kann die Extrusion auch zuerst aufgeteilt und dann beschichtet werden, allerdings kann vorheriges Beschichten der Extrusion eine verbesserte Effizienz bieten. Die aufgeteilten Buchsen können für Einsetzen in eine Druckgießform/Gussform vorbereitet werden. In einer Ausführungsform können der Innendurchmesser und/oder die Enden der Buchsen verfeinert werden. Beispielsweise kann die Beschichtung nach Schritt 110 nicht zylindrisch sein und muss möglicherweise nachbearbeitet werden, um die Zylindrizität zu verbessern. Die Enden der Buchsen müssen möglicherweise bearbeitet werden, um ihre Länge auf Spezifikation für das Gießen zu bringen oder um die Enden so zu formen, dass sie in die Druckgießform/Gussformkerne eingesetzt werden können. Die Bearbeitung der beschichteten Buchsen kann abhängen von und variieren basierend auf dem Typ des durchzuführenden Gießens, wie etwa Sandguss oder Druckgießen usw.
Bei Schritt 114 können die beschichteten Buchsen zum Eingießen in einen Kraftmaschinenblock an eine Gießerei übergeben (z. B. gesendet) werden. In der gezeigten Ausführungsform werden Schritte 102–112 an einem von der Gießerei verschiedenen Ort durchgeführt, allerdings können einige oder alle Schritte in der Gießerei stattfinden. Darüber hinaus können Schritte 102–112 an mehreren Orten stattfinden, sodass zwischen den Schritten zusätzliche Versandschritte auftreten können. Bei Schritt 116 kann die äußere Oberfläche der Buchsen für das Gießen vorbereitet werden. Beispielsweise können die Buchsen behandelt werden, um Oxide von der äußeren Oberfläche zu entfernen, um das Gießen zu erleichtern und Bindung zwischen der Buchse und dem Grundmaterial zu verbessern. Die Behandlung kann chemische Behandlung (z. B. Lösungsmittel) oder mechanische Behandlung (z. B. Polieren, Schleifen, Kiesstrahlen) umfassen.
Bei Schritt 118 kann der Kraftmaschinenblock mit eingegossenen Buchsen gegossen werden. Wie oben beschrieben, kann das Gießen unter Verwendung von Druckgießen (z. B. HPDC), Kokillenguss oder Sandguss durchgeführt werden. Die Buchsen können unter Verwendung von Zylinderbohrkernen oder anderen geeigneten Verfahren eingegossen werden. Bei Schritt 120 kann ein Stückelungsvorgang durchgeführt werden. Stückelung kann Bearbeiten des Rohgusses in einen halbfertigen Zustand und Festlegen der Bezugspunkte für die abschließende Bearbeitung umfassen. Beispielsweise kann der Stückelungsschritt die Zylinderbohrungsmitten festlegen. In den Schritten 122 und 124 können Vorbohr- und endgültige Bohrvorgänge durchgeführt werden, um den Innendurchmesser der Kraftmaschinenbohrungen weiter zu verfeinern. Obwohl die Schritte als Bohren beschrieben werden, können auch andere Materialentfernungsverfahren verwendet werden, wie etwa Fräsen. Schruppbohren kann den ID um einen größeren Betrag vergrößern als Schlichtbohren. In Schritt 126 kann ein Honvorgang durchgeführt werden, um den Innendurchmesser der Kraftmaschinenbohrungen weiter zu verfeinern und zu schlichten. Der Honschritt kann mehrere Honvorgänge umfassen, wie etwa Schrupphonen und Schlichthonen. Schritte 120–126 können gleich oder ähnlich den Schritten sein, die bei Gusseisenbuchsen durchgeführt werden. Das offenbarte Verfahren kann daher in aktuelle Fertigungsverfahren integriert oder eingeführt werden, ohne die Ausrüstung oder die momentan verwendeten Nachbearbeitungsschritte vollständig zu überholen. Dadurch ist es möglich, das offenbarte Verfahren in einer kosten- und zeiteffektiven weise umzusetzen.
Die offenbarten Verfahren zum Ausbilden eines Kraftmaschinenblocks mit eingegossenen Buchsen und die dadurch ausgebildeten Kraftmaschinenblöcke haben zahlreiche Vorteile gegenüber herkömmlichen Kraftmaschinenblöcken. Im Gegensatz zu Kraftmaschinenblöcken, bei denen eine Beschichtung nach dem Gießen aufgebracht wird, eliminiert das offenbarte Verfahren mehrere Schritte und vereinfacht andere. Beispielsweise der Schritt des Maskierens von Teilen des Kraftmaschinenblocks zum Verhindern einer Überspritzung der Beschichtung und des Entfernens des Maskierungsmaterials sind eliminiert (z. B. Schritte Nr. 6 und Nr. 8 in dem oben beschriebenen buchsenlosen Verfahren). Zusätzlich zum Überspritzen kann es auch eine Kontaminierung durch normale Bearbeitungsverfahren geben. Eine Hochdruckwäsche des Blocks kann durchgeführt werden, um diese Kontaminierung zu verringern oder zu eliminieren, was Kosten im Zusammenhang mit zusätzlicher Ausrüstung und Zykluszeit hinzufügen kann. Die offenbarte extrudierte Buchse, die vor dem Einsetzen in den Block gespritzt und bearbeitet werden kann, kann die Menge an Kontaminierung, die vor Zusammenbau und Einsatz in den Block gelangen kann, verringern.
Darüber hinaus müssen zum Beschichten der Bohrungen eines Gussblocks entweder die Spritzvorrichtung oder der gesamte Kraftmaschinenblock um die Bohrungsachse gedreht werden. Drehen der Spritzvorrichtung oder Drehen eines großen, schweren Kraftmaschinenblocks fügt dem Beschichtungsverfahren zusätzliche Komplexität und Schwierigkeit hinzu. Im offenbarten Verfahren kann eine hohle Extrusion um eine stationäre Spritzvorrichtung gedreht werden. Zusätzlich zum Vereinfachen des Verfahrens kann dies außerdem mehrere unterschiedliche Extrusionsdurchmesser und -längen ermöglichen, die mit einer einzelnen Spritzkonfiguration verwendet werden können. Andere Vorteile können frühes Detektieren von potenziellen Defekten umfassen. Wenn Bindung nicht in einem herkömmlichen thermisch gespritzten buchsenlosen Block erreicht wird, kann sich die Beschichtung von der Bohrung trennen. In diesem Fall muss die Beschichtung ausgeschliffen werden, und die Bohrung muss erneut vorbereitet, gespritzt und bearbeitet werden. Wenn einer oder mehrere dieser Schritte nicht möglich sind, muss der ganze Block entsorgt werden. Mit der offenbarten extrudierten und beschichteten Buchse kann jede Trennung oder jeder Defekt vor dem Eingießen der Buchse in den Block detektiert werden. Ferner können die offenbarten extrudierten Buchsen an einer Kraftmaschinenblockgießanlage in einem vorbeschichteten und vollständig geschruppten Zustand ankommen. Daher ist an der Zusammenbauanlage möglicherweise nur eine Schlichtbearbeitung (z. B. ein Schlichthonen) erforderlich. Dies kann die Menge an nötiger Ausrüstung an der Zusammenbauanlage verringern und kann zu kürzeren Zyklenzeiten führen, wodurch Kosten gesenkt werden.
Die offenbarten Verfahren und Kraftmaschinenblöcke haben auch Vorteile gegenüber eingegossenen Eisenbuchsen oder Buchsen, die nach dem Gießen eingesetzt werden (z. B. durch Presspassung). Die Blöcke aus Aluminium der Serie 2xxx in den offenbarten Verfahren und die Kraftmaschinenblöcke können eine niedrigere Dichte, eine höhere Zugfestigkeit, eine höhere Ermüdungsfestigkeit und höhere Wärmeleitfähigkeit als Gusseisenbuchsen haben. Aufgrund der molekularen, lückenlosen Bindung zwischen der eingegossenen Aluminiumbuchse und dem Grundaluminium gibt es eine Verringerung oder Eliminierung von Undichtigkeiten in den Kühlpfaden rund um die Kraftmaschinenbohrungen. Die nahtlose Buchse und Kraftmaschinenbohrung haben auch sehr gleichmäßige mechanische Eigenschaften rund um den Umfang der Bohrung, sodass die Buchse zusätzlich zum Wirken als Verschleißfläche (dem herkömmlichen Zweck für die Buchse) mechanische Lasten verteilen kann. Die innig miteinander verbundenen Aluminiumbuchse und Aluminiumgrundmaterial haben auch sehr ähnliche thermische Ausdehnungseigenschaften.
Die offenbarten Buchsen, die eine texturierte/aufgeraute äußere Oberfläche und/oder sich in der Axialrichtung erstreckende Merkmale haben, bieten weiter eine verbesserte Bindung zwischen den Buchsen und dem Grundmaterial des gegossenen Kraftmaschinenblocks. Die Merkmale können zusätzliche mechanische Verbindung bieten, um Bewegung zwischen den Buchsen und dem Grundmetall zu verhindern oder zu verringern. Merkmale, die sich in der Axialrichtung um einen Umfang der Buchse drehen, können Verbindung sowohl in der vertikalen als auch horizontalen Richtung bieten und dadurch Bewegung der Buchse in jede Richtung verhindern oder verringern, selbst wenn eine unvollständige metallurgische Bindung zwischen der Buchse und dem Grundmetall besteht.
Obwohl vorstehend beispielhafte Ausführungsformen beschrieben werden, ist nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen der Erfindung beschreiben. Vielmehr sind die in der Beschreibung gebrauchten Worte eher Worte der Beschreibung als der Einschränkung und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Gedanken und Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Darüber hinaus können die Merkmale verschiedener Implementierungsausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

AISI/SAE-Stahlsorte von 1010 bis 4130 [0038]
AISI/SAE 400 (z. B. 420) [0038]
ASTM E633 [0039]

Claims

Extrudierte Kraftmaschinenzylinderbuchse, die Folgendes umfasst: einen zylindrischen Körper, der eine Längsachse aufweist und eine innere Oberfläche und eine äußere Oberfläche definiert; und mehrere voneinander beabstandete Merkmale, die aus der äußeren Oberfläche herausragen, wobei sich die Merkmale in eine Richtung schräg zur Längsachse erstrecken.
Buchse nach Anspruch 1, wobei die mehreren voneinander beabstandeten Merkmale mehrere Kanäle zwischen benachbarten Merkmalen definieren, wobei sich die Kanäle in eine Richtung schräg zur Längsachse erstrecken.
Buchse nach Anspruch 1, wobei sich die Merkmale entlang einer gesamten Höhe des zylindrischen Körpers erstrecken.
Buchse nach Anspruch 1, wobei die Merkmale rund um einen Umfang der äußeren Oberfläche gleichmäßig beabstandet sind.
Buchse nach Anspruch 1, wobei sich die Merkmale in die Richtung schräg zur Längsachse entlang einer ganzen Höhe des zylindrischen Körpers erstrecken.
Buchse nach Anspruch 1, wobei die Merkmale ferner einen Teil umfassen, der sich in eine Richtung parallel zur Längsachse erstreckt.
Buchse nach Anspruch 1, wobei sich die Merkmale in eine Richtung erstrecken, die 5 bis 85 Grad zur Längsachse hat.
Buchse nach Anspruch 1, wobei sich die Merkmale in eine Richtung erstrecken, die 20 bis 70 Grad zur Längsachse hat.
Buchse nach Anspruch 1, wobei die Merkmale eine rechtwinklige oder dreieckige Querschnittsform haben.
Kraftmaschinenblock, der Folgendes umfasst: einen Körper, der ein erstes Material umfasst, und mindestens zwei eingegossene Zylinderbuchsen, die ein zweites Material umfassen; wobei jede der Zylinderbuchsen mehrere voneinander beabstandete Merkmale umfasst, die aus einer äußeren Oberfläche davon herausragen und sich in eine Richtung schräg zu einer Längsachse der Buchse erstrecken; und wobei das erste Material die Merkmale umgibt und sich zwischen ihnen erstreckt.
Kraftmaschinenblock nach Anspruch 10, wobei die mehreren voneinander beabstandeten Merkmale mehrere Kanäle zwischen benachbarten Merkmalen definieren, wobei sich die Kanäle in eine Richtung schräg zur Längsachse erstrecken.
Kraftmaschinenblock nach Anspruch 11, wobei das erste Material im Wesentlichen die mehreren Kanäle füllt.
Kraftmaschinenblock nach Anspruch 10, wobei das erste Material, das die Merkmale umgibt und sich zwischen ihnen erstreckt, relativer Bewegung zwischen den eingegossenen Zylinderbuchsen und dem Körper in einer vertikalen und einer horizontalen Richtung widersteht.
Kraftmaschinenblock nach Anspruch 10, wobei ein Merkmal einer ersten eingegossenen Zylinderbuchse direkt benachbart einem Kanal einer zweiten eingegossenen Zylinderbuchse ist.
Verfahren zum Ausbilden einer Zylinderbuchse, das Folgendes umfasst: Extrudieren eines Metallmaterials durch eine Druckgießform zum Ausbilden eines zylindrischen Körpers, der eine innere Oberfläche und eine äußere Oberfläche sowie mehrere voneinander beabstandete Merkmale, die aus der äußeren Oberfläche herausragen, definiert; und Drehen der Druckgießform um eine Längsachse während zumindest eines Teils des Extrudierschritts, sodass sich die Merkmale in eine Richtung schräg zur Längsachse erstrecken.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Druckgießform während des Extrudierschritts kontinuierlich gedreht wird, sodass sich die Merkmale in eine Richtung schräg zur Längsachse über einer ganzen Länge der Zylinderbuchse erstrecken.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Druckgießform während zumindest eines Teils des Extrudierschritts nicht gedreht wird, sodass sich die Merkmale in eine Richtung parallel zur Längsachse über einem Teil der Länge der Zylinderbuchse erstrecken.
Verfahren nach Anspruch 15, das ferner das Aufteilen des extrudierten Metallmaterials in mehrere Zylinderbuchsen nach dem Extrudier- und Drehschritt umfasst.
Verfahren nach Anspruch 18, das ferner das Aufbringen einer verschleißfesten Beschichtung auf die innere Oberfläche nach dem Extrudier- und Drehschritt und vor dem Aufteilen des extrudierten Metallmaterials umfasst.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Druckgießform so gedreht wird, dass sich die Merkmale in eine Richtung erstrecken, die 20 bis 70 Grad zur Längsachse hat.