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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Zylinderlaufbuchse für einen Verbrennungsmotor.
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EINLEITUNG
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Diese Einleitung stellt im Allgemeinen den Kontext der Offenbarung dar. Die Arbeit der gegenwärtig genannten Erfinder in dem in diesem Hintergrundabschnitt beschriebenen Umfang sowie Aspekte der Beschreibung, die zum Zeitpunkt der Anmeldung ansonsten nicht als Stand der Technik gelten, werden gegenüber der vorliegenden Offenbarung ausdrücklich noch implizit als Stand der Technik zugelassen.
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Zylinderlaufbuchsen für Verbrennungsmotoren, die zum Beispiel aus Gusseisen hergestellt sind, stellen eine verbesserte Verschleißfestigkeit in Motorblöcken bereit, die aus leichtgewichtigen Materialien, wie beispielsweise eine Aluminiumlegierung ausgebildet sein können. Diese Zylinderlaufbuchsen können innerhalb einer Motorblockform positioniert sein und das Motorblockmaterial kann um die Zylinderlaufbuchsen herum gegossen sein. Die Zylinderlaufbuchsen werden dann darin eingebettet und definieren die Zylinderbohrungen innerhalb des Motorblocks. Diese Buchsen sind als „an Ort und Stelle gegossene“ Buchsenarten bekannt.
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Es ist wichtig eine starke Bindung zwischen der Buchse und dem Block aufrechtzuerhalten, um zu verhindern, dass sich die Buchse bewegt, um Deformationen während des Betriebs zu verhindern oder diesen standzuhalten, und um die thermische Leitfähigkeit zwischen der Buchse und dem Motorblock zu verbessern. Zylinderlaufbuchsen, die dafür bekannt sind, dass sie eine ausgezeichnete mechanische und thermische Bindung bereitstellen, beinhalten eine raue Außenfläche. Diese Buchsenoberflächen können auch als eine „wie gegossene“, „stachelige“, oder raue gegossene Oberfläche aufweisend bezeichnet werden. Ein Beispiel einer derartigen „wie gegossenen“ Oberfläche kann an der Außenfläche der Buchse Stacheln, Pilze und Fugen bereitstellen. Buchsen, die exemplarische „wie gegossene“ Oberflächen aufweisen, können von verschiedenen Herstellern bereitgestellt werden. Ein exemplarischer Hersteller, TPR Kabushiki Kaisha, verfügt über eine Schutzmarkenanmeldung für AsLock® für eine Zylinderbuchse, unter der dieser eine Buchse bereitstellt, die eine wie gegossene Außenfläche aufweist. Andere Hersteller, die ähnliche Zylinderbuchsen bereitstellen, die eine ähnliche wie gegossene Oberfläche aufweisen, schließen unter anderem auch Mahle und Federal Mogul ein.
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Exemplarische Zylinderlaufbuchsen, die eine „wie gegossene“ Oberfläche aufweisen, können Oberflächenvorsprünge beinhalten, die sich auf der Außenfläche der Buchse zwischen etwa 0,3 bis 0,7 mm in die Tiefe erstrecken und im Allgemeinen unter Verwendung eines zentrifugalen Gussverfahrens hergestellt werden. Im Gegensatz dazu, werden andere Arten von Buchen in der Regel durch Bearbeitung einer extrudierten runden Gussrohling-Werkstoffstange gefertigt. Dies ergibt eine glatte bearbeitete Außenfläche, und keine „wie gegossene“ Oberfläche und es ist vorgesehen, dass diese in einen zuvor gegossenen Motorblock und nicht „an Ort und Stelle“ gegossen werden.
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Ein bereits aufgetretenes Problem als derartige wie gegossene Buchsen verwendet wurden, bestand darin, dass die Buchsen, zum Beispiel durch Rissbildung, insbesondere in der Nähe der Standfläche des Motorblocks, kaputtgingen. Dieses Problem ist insbesondere ersichtlich, wenn diese wie gegossenen Buchsen mit einem offenen Standflächenblock verwendet werden, in dem ein Kühlmittelmantel, der jeden Zylinder umgibt, sich zur Oberfläche des Blocks erstreckt und zwar erst recht im Beisein eines Schlitzes oder eines „Sägeschnitts“, der den Zwischenbohrungsbereich durchquert, der den Kühlmittelmantel auf jeder Seite einer Buchse der Zylinderbohrungen verbindet.
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Ein Versuch, sich mit dieser Problematik auseinanderzusetzen, bestand bisher darin, auf eine Buchse umzusteigen, die aus einem Material besteht, das eine höhere Festigkeit aufweist, wie etwa eine Buchse aus hochfestem Stahl, und nicht einer Buchse aus Gusseisen. Buchsen aus hochfestem Stahl sind jedoch teurer als Buchsen aus Gusseisen. Eine weitere Herangehensweise bestand darin, die Buchsen dicker, und damit resistenter zu machen. Diese Buchsen sind jedoch auch teurer und mit höheren Verarbeitungskosten verbunden.
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Eine weitere bekannte Reaktion auf diese in den Zylinderbuchsen aufzufindenden Risse oder Ausfälle bestand darin, eine Zwischenscheibe oder ein Keil in den Sägeschnitt zu positionieren, um zu versuchen, die Spalte im Riss zu schließen oder zu minimieren, oder eine zusätzliche Stütze bereitzustellen, um einer weiteren Ausbreitung des Risses entgegenzuwirken. Es wäre viel wünschenswerter die die Entstehung dieser Fehler erst gar nicht zu Stande kommen zu lassen, um den vollständigen Ausfall des Motors und/oder teurer und arbeitsintensiver Reparaturen zu vermeiden.
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KURZDARSTELLUNG
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In einem exemplarischen Aspekt weist eine Zylinderlaufbuchse für einen Motorblock, der einen in der Zwischenbohrung befindlichen Sägeschnitt aufweist, eine erste Motorblock-Anbindungsfläche, und eine zweite Motorblock-Anbindungsfläche, die zwischen der Zylinderlaufbuchse und einem Motorblock ein geringeres Bindungsniveau als die erste Anbindungsfläche des Motorblocks aufweist, auf. Die zweite Motorblock-Anbindungsfläche, die sich von einem axialen Endabschnitt der Buchse erstreckt, weist eine Entfernung auf, die größer als der Sägeschnitt im Zwischenbohrungsabschnitt des Motorblocks ist.
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In einem weiteren exemplarischen Aspekt ist die erste Motorblock-Anbindungsfläche eine wie gegossene Oberfläche.
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In einem weiteren exemplarischen Aspekt ist die wie gegossene Oberfläche eine stachelige Sperroberfläche.
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In einem weiteren exemplarischen Aspekt beinhaltet die wie gegossene Oberfläche eine Vielzahl von Vorsprüngen, sich radial zwischen etwa 0,3 bis 0,7 mm erstrecken.
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In einem weiteren exemplarischen Aspekt ist die zweite Motorblock-Anbindungsfläche eine bearbeitete Oberfläche.
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In einem weiteren exemplarischen Aspekt erstreckt sich die erste Motorblock-Anbindungsfläche von der zweiten Motorblock-Anbindungsfläche weitgehend über die restliche axiale Ausdehnung der Buchse.
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In einem weiteren exemplarischen Aspekt ist die erste Motorblock-Anbindungsfläche konfiguriert, eine starke mechanische Bindung und eine hohe thermische Leitfähigkeit zwischen der Buchse und dem Motorblock bereitzustellen und die zweite Motorblock-Anbindungsfläche ist konfiguriert, eine verringerte mechanische Bindung zwischen der Buchse dem Motorblock bereitzustellen, sodass ein unterschiedlicher Koeffizient der thermischen Ausdehnung zwischen dem Buchsenmaterial und dem Motorblockmaterial während der Kühlung des Buchsenmaterials und des Motorblockmaterials im Rahmen eines Gussverfahrens eine verringerte Belastungsübertragung von dem Motorblock zu der Buchse aufweist.
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In einem weiteren exemplarischen Aspekt ist zweite Motorblock-Anbindungsfläche konfiguriert, ein axiales Verschieben zwischen der zweiten Motorblock-Anbindungsfläche und dem Motorblock während einem Abkühlen der Zylinderlaufbuchsen des Motorblockmaterials zu erlauben.
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In einem weiteren exemplarischen Aspekt erstreckt sich die zweite Motorblock-Anbindungsfläche in Umfangsrichtung entlang eines am Zwischenbohrungsabschnitt des Motorblocks angrenzenden Bereichs und die erste Motorblock-Anbindungsfläche erstreckt sich von einem axialen Endabschnitt der Buchse entlang der restlichen umfänglichen Erstreckung.
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Auf diese Weise wird die zugrunde liegende Ursache der Zylinderlaufbuchsenausfälle direkt adressiert und verhindert, wodurch die Verwendung einer rauen Oberfläche oder „wie gegossener“ Zylinderlaufboxen ermöglicht wird, die ausgezeichnete mechanische Bindung und thermische Leitfähigkeit zwischen der Zylinderlaufbuchse und dem Motorblock in Kombination mit einem Sägeschnitt im Zwischenbohrungsbereich des Motorblocks bereitstellt ohne auf höhere Kosten oder Materialen mit hoher Festigkeit zurückzugreifen, während vorausgegangene Ausfälle vermieden werden.
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Weitere Anwendungsbereiche der vorliegenden Offenbarung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung. Es ist zu beachten, dass die ausführliche Beschreibung und die spezifischen Beispiele nur dem Zweck der Veranschaulichung dienen und nicht dazu beabsichtigt sind, den Umfang der Offenbarung zu begrenzen.
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Die oben genannten Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind aus der folgenden ausführlichen Beschreibung einschließlich der Ansprüche und der Ausführungsformen leicht ersichtlich, wenn sie zusammen mit den beigefügten Zeichnungen genommen werden.
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Figurenliste
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Die vorliegende Offenbarung wird verständlicher unter Zuhilfenahme der ausführlichen Beschreibung und der zugehörigen Zeichnungen, worin:
- 1 ist eine isometrische Perspektivansicht einer offenen Standfläche des Motorblocks 100;
- 2 ist eine isometrische Perspektivansicht eines Zwischenbohrungsabschnitts des Motorblocks 100;
- 3 ist eine isometrische perspektivische Querschnittsansicht eines Zwischenbohrungsabschnitts des Motorblocks 100;
- 4 ist eine andere isometrische perspektivische Querschnittsansicht des Motorblocks 100;
- 5 ist eine weitere Draufsicht des Motorblocks 100;
- 6 veranschaulicht die Zylinderlaufbuchsen 110 mit übertriebenen Verzerrungen;
- 7 veranschaulicht eine perspektivische Querschnittsansicht eines Endabschnitts einer exemplarischen Ausführungsform einer Zylinderlaufbuchse 700 gemäß der vorliegenden Erfindung;
- 8 veranschaulicht eine isometrische Perspektivansicht des Endabschnitts der Buchse 700;
- 9 ist eine isometrische perspektivische Querschnittsansicht eines Abschnitts eines Motorblocks 706, der die Zylinderlaufbuchsen 700 beinhaltet;
- 10 ist ein Diagramm, das die restliche Belastung in einer konventionellen Zylinderlaufbuchse und einer erfindungsgemäßen Zylinderlaufbuchse veranschaulicht, während beide exemplarische Fertigungsprozesse durchlaufen; und
- 11 ist eine andere Veranschaulichung der Zylinderlaufbuchse 700.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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1 veranschaulicht eine isometrische Perspektivansicht einer offenen Standfläche des Motorblocks 100. Der Motorblock 100 beinhaltet eine Vielzahl von Zylinderbohrungen 102, die durch Zylinderlaufbuchsen 104 definiert sind, die während eines Gussverfahrens in den Motorblock 100 integriert wurden. Im Allgemeinen können diese Zylinderlaufbuchsen 104 in eine Form positioniert werden und das geschmolzene Motorblockmaterial, wie beispielsweise eine Aluminiumlegierung, kann dann in die Form eingespritzt werden. Das geschmolzene Material umschließt dann die Zylinderlaufbuchsen während es die Form ausfüllt. Das Material kühlt zu einem Feststoff aus und die Buchsen werden fest mit dem Motorblockmaterial verbunden. In einem exemplarischen Verfahren kann das Gussverfahren das geschmolzene Motorblockmaterial unter hohem Druck einspritzen, um einen engen Kontakt zwischen dem Motorblockmaterial und der Zylinderlaufbuchse sicherzustellen. Wie vorstehend erklärt, wurden Zylinderlaufbuchsen entwickelt, die eine „wie geschmolzene“ Außenfläche beinhalten, die eine ausgezeichnete strukturelle und thermische Bindung zwischen der Buchse und dem Motorblockmaterial bereitstellt.
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Der Motorblock 100 beinhaltet einen Kühlmittelmantel 106, der der Standflächenoberfläche 110 ausgesetzt („geöffnet“) ist und daher als ein Block mit „offener Standfläche“ bekannt ist. Der Kühlmittelmantel 106 umschließt die Zylinderbohrungen weitgehend und stellt Fluidverbindungskanäle, durch die Kühlmittel zirkuliert werden kann, bereit, um Hitze, die durch den Verbrennungsprozess während des Betriebs eines den Motorblock 100 umfassenden Motors erzeugt wird, zu entfernen oder handzuhaben.
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2 ist eine isometrische Perspektivansicht, die eine nähere Ansicht eines Zwischenbohrungsabschnitts des Motorblocks 100 bereitstellt. Die Zwischenbohrung ist als der Abschnitt des Motorblocks bekannt, der sich zwischen Zylinderbohrungen befindet. Ein Verfahren zur Verbesserung der Verwaltung und der Entfernung der Wärme aus den Zylinderbohrungen besteht darin, einen Fluidkommunikationskanal 108 im Zwischenbohrungsabschnitt bereitzustellen, um einen Fluidfluss zwischen den an der Zwischenbohrung angrenzenden Abschnitten des Kühlmittelmantels 106 zu ermöglichen. Diese Fluidkommunikationskanäle 108 können im Allgemeinen als ein „Sägeschnitt“-Kanal bekannt sein und diese Beschreibung bezeichnet diese Kanäle 108 im Folgenden als einen „Sägeschnitt“-Kanal. Während dieser Beschreibung einen „Sägeschnitt“ betrifft, sind das Verfahren oder die Instrumente, die verwendet werden, um den Schlitz im Zwischenbohrungsbereich des Motorblocks zu erzeugen, nicht auf irgendein bestimmtes Verfahren oder Instrument beschränkt.
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Wie vorstehend erläutert, ist ein Problem bekannt, im Rahmen dessen, Risse in einer Zylinderlaufbuchse in der Nähe der Standflächenoberfläche und in unmittelbarer Nähe des Zwischenbohrungsbereichs entstehen können. Während verschiedene Versuche unternommen worden sind, um sich mit dieser Problematik zu befassen, haben keine davon die Ursache verstanden und die zugrundeliegende Ursache dieser Risse adressiert. Im Gegensatz zu vorhergehenden Versuchen, sich mit diesem Problem zu befassen oder dieses Problem zu lösen, haben die Erfinder die Ursache des Problems studiert, die Ursache des Problems entdeckt und infolgedessen eine Lösung entwickelt, die die zugrundeliegende Ursache dieser Risse adressiert. Die Erfinder waren dann in der Lage das Problem zu lösen.
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Insbesondere haben die Erfinder die in einer strukturellen Analyse beinhalteten Fertigungsprozesse studiert, die für die Wärmeübertragung und die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der Materialien verantwortlich waren, die im Rahmen des Motorblock-Gussverfahrens und der nachfolgenden Verfahren eine Rolle spielten, wie zum Beispiel das Bearbeiten der Bohrung, der Standflächenseite, oder dergleichen. Aufgrund dieser einzigartigen Analyse entdeckten die Erfinder Belastungen und Spannungen die infolge dieser Verfahren entstanden und die die Ursache vieler Zylinderlaufbuchsen-Ausfälle sind.
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3 ist eine isometrische perspektivische Querschnittsansicht eines Zwischenbohrungsabschnitts des Motorblocks 100, der die restliche Belastung in der Zylinderlaufbuchse 104 veranschaulicht, die infolge der unter Verwendung eines Rechenmodells durchgeführten Gussverarbeitung und der Bearbeitungsverfahren entstehen, die für die strukturellen und thermischen Aspekte dieser Prozesse verantwortlich sind, einschließlich der Unterschiede zwischen Koeffizienten der thermischen Ausdehnung zwischen dem Material der Zylinderlaufbuchsen 104 und dem Material des Motorblocks 100. Insbesondere wurde 3 durch das Modellieren einer restlichen Belastung in einer aus einem Gusseisenmaterial gefertigten Zylinderlaufbuchse 104 und einem aus einem Aluminiumlegierungsmaterial gefertigten Motorblock 100 erstellt. 3 macht ganz klar deutlich, dass die restliche Belastung in den Zylinderlaufbuchsen 104 in einem in der Nähe der Standflächenseite 108 befindlichen Bereich und einem an den Sägeschnitt 108 angrenzenden Bereich konzentriert ist.
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Aufgrund der Tatsache, dass die Erfinder dieses Modell studierten und ferner zu der Erkenntnis gelangten, dass sich die Koeffizienten der thermischen Ausdehnung zwischen dem aus Gusseisen bestehenden Buchsenmaterial und dem aus der Aluminiumlegierung bestehenden Material erheblich voneinander unterscheiden, und sich ferner darüber im Klaren waren, dass die „wie gegossene“ Oberfläche der Buchse eine starke mechanische Bindung zwischen der Buchse und dem Motorblockmaterial bereitstellt, gingen die Erfinder der Ursache des Problems auf den Grund. Die Aluminiumlegierung weist einen größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als das Gusseisen auf. Dies bedeutet, dass die Aluminiumlegierung beim Abkühlen eine höhere Tendenz als das Gusseisenmaterial aufweist, zu schrumpfen. Dies hat im Allgemeinen keine Probleme in Motorblöcken verursacht, die an Ort und Stelle gegossene Zylinderlaufbuchsen beinhalten, die keine „wie gegossene“ Oberfläche aufweisen, da die Aluminiumlegierung nicht so eine starke Bindung mit der Zylinderlaufbuchse eingeht. In diesen Situationen steht es der Aluminiumlegierung frei, an der Oberfläche der Zylinderlaufbuchsen nach unten zu „gleiten“, was die restliche Belastung, die vom Motorblockmaterial an der Buchse anderweitig ausgeübt werden kann, verringert oder erheblich beseitigt. In deutlichem Gegensatz dazu, und nach der Einführung, dass die Zylinderlaufbuchsen „wie gegossene“ Oberflächen aufweisen, die eine deutlich stärkere strukturelle Bindung zwischen der Zylinderlaufbuchse und dem Motorblock bereitstellen, wurde den Erfindern bewusst, dass das Motorblockmaterial die Zylinderlaufbuchsen infolgedessen Belastungen aussetzt. Im Unterschied zu den Buchsen mit nicht wie gegossenen Oberflächen konnte das Potenzial für Restbelastung nicht dadurch verringert werden, dass das Motorblockmaterial während des Abkühlungsvorgangs an der Außenseite der Buchse nach unten geleitet. Somit sind Zylinderlaufbuchsen, die eine „wie gegossene“ Oberfläche aufweisen, Restbelastungen ausgesetzt, die bei Buchsen, die keine „wie gegossene“ Oberfläche aufweisen, nicht vorliegen.
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Ferner wurde den Erfindern bewusst, dass das Vorhandensein des Sägeschnitts diese restliche Belastung in einen Bereich der Buchse konzentriert, der am in der Zwischenbohrung befindlichen Sägeschnitt angrenzt. Die Entfernung des Materials während der Bearbeitung des Sägeschnitts befähigt die restliche Belastung im Material dazu, die Buchse zu veranlassen, sich radial außerhalb von der Zylinderlaufbuchse zu drehen oder zu klappen. Die restliche Belastung hat die Tendenz dazu, das Schließen des Sägeschnitts zu bevorzugen und dem Motorblockmaterial und der strukturell gebundenen Buchse somit zu erlauben, nach unten gezogen zu werden und sich um die Basis des Sägeschnitts radial nach außen zu drehen. 3 veranschaulicht deutlich die restliche Belastung in der Zylinderlaufbuchse 104, die infolge der von den Erfindern entdeckten und verstandenen Ursachen resultiert.
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4 ist eine andere isometrische perspektivische Querschnittsansicht des Motorblocks 100. Obwohl etwas übertrieben dargestellt, wird in 4 veranschaulicht, dass die restliche Belastung aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten, dazu führt, dass sich das Motorblockmaterial stärker als das der Buchse zusammenzieht, und dazu neigt die Buchse radial nach außen in die Nähe der Standflächenseite zu ziehen, was zu einer „Ausweitung“ in der Nähe der Buchse führt. Das Motorblockmaterial hat mit anderen Worten die Tendenz dazu, die Buchse nach unten zu ziehen, während sich der Motorblock abkühlt. Dies führt zu einer höheren restlichen Belastung in einem in der Nähe der Standflächenseite befindlichen Abschnitt der Buchse 110.
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5 ist eine weitere Draufsicht auf die Standflächenseite des Motorblocks 100, die ein anderes Problem veranschaulicht. Die thermische Kontraktion des Motorblocks während des Gussprozesses führt tendenziell dazu, dass Zylinderlaufbuchsen eher leicht oval- und nicht kreisförmig ausgebildet werden. 5 ist eine Darstellung, die das relative Ausmaß der Ovalität oder der Verzerrung im Motorblock zum Zwecke eines besseren Verständnisses stark übertreibt. Diese Ovalität hat die Tendenz dazu, in denjenigen Zylinderbohrungen, die stärker zentral angeordnet sind, stärker ausgeprägt zu sein. Aufgrund dieser Ovalität ist die innere Oberfläche oder die innere Bohrung der Zylinderlaufbuchsen bearbeitet, um die innere Bohrung wieder in eine etwas kreisförmigere Form zurück zu versetzen. 6 veranschaulicht die Zylinderlaufbuchse 104 mit übertriebenen Verzerrungen, sodass die Außenfläche eine ovale Form ausgebildet hat. Die innere Bohrung 114 der Zylinderlaufbuchse 104 wurde bearbeitet, um eine kreisförmige Form bereitzustellen. Die sich mit der bearbeiteten kreisförmigen inneren Bohrung 114 in Kombination befindliche Ovalität der Außenfläche 112 der Zylinderlaufbuchsen 104 führt zu einer Variation der Wanddicke. Insbesondere gilt: je ovaler die Zylinderlaufbuchsen 104, desto mehr Material muss entfernt werden, um eine kreisförmige innere Bohrung 114 bereitzustellen, desto größer ist die Varianz der Buchsenwand, und desto dünner ist die am Zwischenbohrungsabschnitt des Motorblocks angrenzende Buchsenwand. Die dünnere Wand hat die Tendenz dazu, die in der Zylinderlaufbuchse befindlichen Belastungen stärker zu fokussieren oder zu konzentrieren. Ferner führt die dünnere Wand, die an einem an der Innenbohrung angrenzenden Ort positioniert ist, dazu, dass die Restbelastungen Höchstwerte erreichen.
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7 veranschaulicht eine perspektivische Querschnittsansicht eines Endabschnitts einer exemplarischen Ausführungsform einer Zylinderlaufbuchse 700 gemäß der vorliegenden Erfindung und 8 veranschaulicht eine isometrische Perspektivansicht des Endabschnitts der Buchse 700. Die Außenfläche des Endabschnitts der Buchse 700 weist eine erste Motorblock-Anbindungsfläche 702 und eine zweite Motorblock-Anbindungsfläche 704 auf. Die zweite Motorblock-Anbindungsfläche 704 beinhaltet eine „wie gegossene“ Oberfläche, die eine ausgezeichnete strukturelle und thermische Bindung mit dem Motorblock bereitstellt. Im Gegensatz dazu ist die erste Motorblock-Anbindungsfläche 702 eine Oberfläche, der die „wie gegossene“ Oberfläche entfernt wurde, resultierend in eine bearbeitete Fläche. Insbesondere weist die erste Motorblock-Anbindungsfläche 702 eine Oberfläche auf, die strukturell nicht so gut an das Motorblockmaterial wie an die zweite Motorblock-Anbindungsfläche 704 bindet. Auf diese Weise bindet das Motorblockmaterial während des Gießens und des nachfolgenden Fertigungsverfahrens des Motorblocks, das die an Ort und Stelle gegossene Buchse 700 umfasst, strukturell nicht so gut an die erste Motorblock-Anbindungsfläche 702, wie es an die zweite Motorblock-Anbindungsfläche 704 bindet. Da das Motorblockmaterial strukturell nicht so gut an die erste Motorblock-Anbindungsfläche 702 bindet, führt dies während der Abkühlung des Motorblocks dazu, dass der Unterschied der Wärmeausdehnungskoeffizienten das Motorblockmaterial entlang der ersten Motorblock-Anbindungsfläche 702 nach unten bewegt, ohne an dieser Oberfläche 702 zu ziehen. Auf diese Weise wird die veranschaulichte und zuvor erörterte restliche Belastung, die sich andernfalls daraus ergeben würde, vermieden oder wesentlich verringert.
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Obwohl die vorliegende Beschreibungen und exemplarische Ausführungsform eine eine bearbeitete Oberfläche aufweisende erste Motorblock-Anbindungsfläche und eine eine „wie gegossene“ Oberfläche aufweisende zweite Motorblock-Anbindungsfläche betrifft, gilt es anzumerken, dass die vorliegende Erfindung jede Art von Oberfläche beinhaltet, solange strukturelle Bindung zwischen der ersten Motorblock-Anbindungsfläche und dem Motorblockmaterial geringer als die der zweiten Motorblock-Anbindungsfläche und des Motorblockmaterials ausfällt.
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9 ist eine isometrische perspektivische Querschnittsansicht eines Abschnitts eines Motorblocks 706, der die Zylinderlaufbuchsen 700 beinhaltet. 9 veranschaulicht die restliche Belastung in der Zylinderlaufbuchse, die aufgrund des Guss- und Bearbeitungsverfahrens resultiert, wie durch ein Rechenmodell modelliert, das die strukturellen und thermischen Aspekte dieser Verfahren, einschließlich der Unterschiede der Wärmeausdehnungskoeffizienten, erfasst. Vergleicht man 9 bis 3, ist die Verringerung der restlichen Belastung in der Zylinderlaufbuchse von signifikantem Ausmaß. Die restliche Belastung in der in der Nähe der Standflächenseite befindliche und an den Sägeschnitt angrenzende Zylinderlaufbuchse 700 ist im Vergleich mit der konventionellen Zylinderlaufbuchse 104 deutlich geringer. In einer exemplarischen Ausführungsform erstreckt sich die erste Motorblock-Anbindungsfläche 702 axial von dem Ende der Buchse auf eine Entfernung, die größer als die Tiefe des Sägeschnitts im Motorblock ausfällt. Das Reduzieren der strukturellen Bindung zwischen der Buchse und dem Motorblockmaterial an einer dem Sägeschnitt angrenzenden Position entlastet die restliche Belastung ausreichend, um das Potenzial für Zylinderlaufbuchsenausfälle in diesem Bereich auf ein Mindestmaß zu senken. Die axiale Ausdehnung der ersten Motorblock-Anbindungsfläche 702 sollte ausreichen, um die dem Sägeschnitt zugeordnete restliche Belastung zu entlasten, und somit sollte das Ausmaß der ersten Motorblock-Anbindungsfläche 702 mit der Tiefe des Sägeschnitts in Verbindung stehen. In einer exemplarischen Ausführungsform der ersten Motorblock-Anbindungsfläche 702 ist die axiale Länge mindestens genauso lang wie die Tiefe des angrenzenden Sägeschnitts. Das Verlängern der axialen Ausdehnung der ersten Motorblock-Anbindungsfläche 702 zu weit über die Tiefe des Sägeschnitts hinaus, wird jedoch beginnen, die Vorzüge der wie gegossenen Oberfläche zu minimieren, und wird dazu dienen, die vorteilhaften Auswirkungen der von der wie gegossenen Oberfläche bereitgestellten starken strukturellen und thermischen Bindung zwischen der Zylinderlaufbuchse und dem Motorblockmaterial über andere Arten von Oberflächen verringern.
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Ferner veranschaulicht 9, dass sich das Motorblockmaterial entlang der Außenfläche der Buchse 700 nach unten bewegt hat, sodass das Ende der Zylinderlaufbuchse leicht nach oben aus der Standflächenseite des Motorblockmaterials herausragt. Mit anderen Worten steht das Ende der Zylinderlaufbuchse 700 „aufrecht“ über dem angrenzenden Motorblockmaterial auf der Standflächenseite. Dies steht im Gegensatz zu dem konventionellen Motorblock, in dem die Buchse 104 nicht nach oben aus der Standflächenseite des Motorblockmaterials herausragt, da das Motorblockmaterial die Buchse nach unten zieht.
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Zum Zwecke des weiteren Vergleichs und der Veranschaulichung der Vorteile der vorliegenden Erfindung ist 10 ist ein Diagramm, das die restliche Belastung in einer konventionellen Zylinderlaufbuchse und einer erfindungsgemäßen Zylinderlaufbuchse veranschaulicht, während beide exemplarische Fertigungsprozesse durchlaufen. Die horizontale Achse des Diagramms stellt die Progression des Motorblocks durch die verschiedenen Fertigungsprozesse dar. Die vertikale Achse des Diagramms stellt die Amplitude der restlichen Belastung in der Zylinderlaufbuchse dar. Buchse 1000 stellt die restliche Belastung eines Endabschnitts einer an den Zwischenbohrungsabschnitt des Zylinderblocks angrenzenden konventionellen Zylinderlaufbuchse dar, Buchse 1004 stellt die restliche Belastung eines Endabschnitts einer an den Zwischenbohrungsabschnitt des Zylinderblocks angrenzenden exemplarischen Zylinderlaufbuchse gemäß der vorliegenden Erfindung dar, und Buchse 1002 stellt die restliche Belastung eines Abschnitts derselben dem Zwischenbohrungsabschnitt benachbarten exemplarischen Zylinderlaufbuchse dar, aber an einem Ort, der von dem Ende der Buchse versetzt angeordnet ist und der die Tiefe des Sägeschnitts in der Zwischenbohrung knapp überschreitet. Der der Buchse 1002 entsprechende Ort wird in den 9 und 11 durch Bezugszeichen 900 angezeigt.
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Der Fertigungsprozess startet bei 1006, wo das geschmolzene Motorblockmaterial in eine Form eingeführt wird, die die Zylinderlaufbuchse(n) umfasst. Zwischen 1006 und 1008 kühlt der Motorblock zu einem Feststoff innerhalb der Form ab. Während dieser Abkühlung steigt die Belastung, die auf die konventionelle Zylinderlaufbuchse ausgeübt wird, wie durch Buchse 1000 angezeigt, erheblich schneller an als dies, wie durch Buchsen 1002 und 1004 angezeigt, bei der erfindungsgemäßen Laufbuchse der Fall ist. Der Motorblock wird bei 1008 aus der Form entfernt und kühlt dann bis 1010 auf die Umgebungstemperatur ab. Wie bereits deutlich veranschaulicht, steigt die restliche Belastung in der konventionellen Buchse 1000 erneut erheblich weiter an, als dies im Vergleich dazu, in der erfindungsgemäßen Buchse 1002 und 1004 der Fall ist. Anschließend wird zwischen 1010 und 1012 an der Innenfläche der Zylinderlaufbuchse eine schroffe Bearbeitungsoperation verzeichnet, die das Material von den Wänden der Zylinderlaufbuchse entfernt und die restliche Belastung ferner konzentriert. Dies gilt insbesondere, wenn es um die Verringerung der Qualität in der erfindungsgemäßen Zylinderlaufbuchse, im Vergleich zu der konventionellen Zylinderlaufbuchse geht.
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Zwischen 1012 und 1014 ist der Zwischenbohrungsabschnitt bearbeitet, um den Sägeschnitt bereitzustellen und zwischen 1014 und 1016 ist die Innenfläche der Zylinderlaufbuchsen ferner bearbeitet, um eine fertige Bohrungsoberfläche bereitzustellen. Wie deutlich ersichtlich, resultiert jeder fortschreitende Schritt des Fertigungsverfahrens in einer kontinuierlichen Erhöhung der restlichen Belastung an einem Endabschnitt der konventionellen Zylinderlaufbuchse. In deutlichem Gegensatz dazu, ist die restliche Belastung in allen Abschnitten der erfindungsgemäßen Zylinderlaufbuchsen wesentlich geringer. Insbesondere ist die restliche Belastung in einem der Standflächenseite 1004 benachbarten Endabschnitt der Zylinderlaufbuchse wesentlich reduziert.
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Die Ansicht von 10 in Kombination mit 9 und 11 veranschaulicht auch, dass die restliche Belastung an Position 900 in der erfindungsgemäßen Zylinderlaufbuchse ein wenig höher als die am Endabschnitt befindliche ausfällt. Selbst die restliche Belastung an dieser Position fällt jedoch wesentlich geringer als die am Endabschnitt der konventionellen Zylinderlaufbuchsen befindliche, aus.
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11 veranschaulicht ferner, dass der Endabschnitt der Zylinderlaufbuchse 700 keine so starke Ausweitung oder Ausdehnung wie die konventionelle Zylinderlaufbuchse 110 aufweist, wie in 4 dargestellt. Dies zeigt ferner die Verringerung der Ovalität an. Die Verringerung in Ovalität bedeutet, dass weniger Material von den Wänden der Buchsen entfernt werden müssen, um eine kreisförmige innere Bohrung zu erzielen, was zu einer verbesserten Festigkeit führt, und ferner die Wahrscheinlichkeit des Auftretens eines Ausfalls verringert. Diese Verringerung der restlichen Belastung hat mehrere Vorteile, die sich dadurch äußern, dass sie die Belastung minimiert, die einst die Ursache von Ausfällen und/oder der Rissbildung in der Zylinderlaufbuchse in der Nähe des am zweiten Abschnitt angrenzenden Endabschnitts hätte sein können, dass die Ausweitung verringert wird und die Ovalität reduziert wird.
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Diese Beschreibung ist rein illustrativ und soll die vorliegende Offenbarung sowie ihre Ausführungen oder Verwendungen keineswegs einschränken. Die umfassenden Lehren der Offenbarung können in zahlreichen Formen umgesetzt werden. Obwohl die vorliegende Offenbarung also bestimmte Beispiele beinhaltet, ist der eigentliche Umfang der Offenbarung hierdurch in keiner Weise eingeschränkt, und weitere Modifikationen gehen aus dem Studium der Zeichnungen, der Beschreibung und den folgenden Ansprüchen hervor.
