DE102018130362B4

DE102018130362B4 - Zylinderlaufbuchsenanordnung

Info

Publication number: DE102018130362B4
Application number: DE102018130362.9A
Authority: DE
Inventors: Anthony M. Coppola; Hamid G. Kia; Peter P. Andruskiewicz IV; Michael A. Potter; Paul M. Najt; Russell P. Durrett
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2017-12-01
Filing date: 2018-11-29
Publication date: 2021-12-09
Anticipated expiration: 2038-11-30
Also published as: US20190170082A1; DE102018130362A1; CN109869237B; US10487770B2; CN109869237A

Abstract

Zylinderlaufbuchsenanordnung (20A) für einen Motorblock, wobei die Zylinderlaufbuchsenanordnung (20A) Folgendes umfasst:einen inneren Verschleißzylinder (24), der eine Innenfläche (30) aufweist, die eine Zylinderbohrung (22) bildet, die sich entlang einer zentralen Bohrungsachse (34) erstreckt, sowie eine Außenfläche (32);eine Hülse (26), die radial außerhalb der Außenfläche (32) des inneren Verschleißzylinders (24) in Bezug auf die zentrale Bohrungsachse (34) angeordnet ist, wobei die Hülse (26) ein faserverstärktes Polymer ist; undeinen Kühlmittelkanal (48), der angrenzend an die Außenfläche (32) des inneren Verschleißzylinders (24) zwischen dem inneren Verschleißzylinder (24) und der Hülse (26) angeordnet ist und zum Zirkulieren eines Kühlmittels durch diesen zum Kühlen des inneren Verschleißzylinders (24) dient;dadurch gekennzeichnet , dassdie Zylinderlaufbuchsenanordnung ferner eine Mittelschicht (28) umfasst, die zwischen dem inneren Verschleißzylinder (24) und der Hülse (26) angeordnet ist, wobei die Mittelschicht (28) ein poröses Material mit einer Vielzahl von offenen Zellen in Fluidverbindung miteinander ist, sodass ein Fluid in der Lage ist, durch die Vielzahl von offenen Zellen zu zirkulieren.

Description

EINLEITUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf eine Zylinderlaufbuchsenanordnung für einen Motorblock gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie sie der Art nach im Wesentlichen aus der US 4 848 292 A bekannt ist.
Bezüglich des weitergehenden Standes der Technik sei an dieser Stelle auf die Druckschriften DE 198 18 589 A1 , US 5 207 188 A , US 4 446 906 A und DE 11 2015 005 710 T5 verwiesen.
Motorblöcke für Verbrennungsmotoren beinhalten Zylinder, die Kolben für die Hin- und Herbewegung darin unterstützen. Einige Motorblöcke sind aus Gusseisen gebildet, wobei in diesem Fall zur Festlegung der Zylinderbohrung bearbeitet werden kann. In anderen Motorblöcken können die Motorblöcke aus einem anderen Material hergestellt werden, sowie eine im Motorblock eingebaute Zylinderlaufbuchse, wobei die Zylinderlaufbuchse die Zylinderbohrung bildet. So kann beispielsweise ein Motorblock aus Aluminiumguss und gusseisernen Zylinderlaufbuchsen im Aluminiumblock zum Bilden der Zylinderbohrung ausgebildet sein. Die gusseisernen Zylinderlaufbuchsen bieten eine verschleißfeste Oberfläche, um dem Verschleiß durch die ständige Hin- und Herbewegung der Kolben gegen die Zylinderwand besser zu widerstehen. Darüber hinaus bieten die gusseisernen Zylinderlaufbuchsen eine bessere Hitzebeständigkeit gegen die extremen Temperaturen, denen die Zylinderwände bei der Verbrennung ausgesetzt sind.
KURZDARSTELLUNG
Es wird eine Zylinderlaufbuchsenanordnung für einen Motorblock vorgeschlagen, die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
Erfindungsgemäß ist eine hier auch als Mittelschicht bezeichnete zentrale Schicht zwischen dem inneren Verschleißzylinder und der Hülse angeordnet. Die zentrale Schicht ist ein poröses Material mit einer Vielzahl von offenen Zellen in Fluidverbindung miteinander, sodass ein Fluid in der Lage ist, durch die Vielzahl von offenen Zellen zu zirkulieren.
In einer Ausführungsform ist die Vielzahl von offenen Zellen in Fluidverbindung mit dem Kühlmittelkanal angeordnet. In alternativen Ausführungsformen wird die zentrale Schicht aus einem geschlossenzelligen Material gebildet.
In einem Aspekt der Zylinderlaufbuchsenanordnung ist der innere Verschleißzylinder einer aus einem Metall- oder Keramikmaterial. In einem weiteren Aspekt der Zylinderlaufbuchsenanordnung beinhaltet die Hülse eine aus Kohlenstofffasern, Glasfasern, Basaltfasern, Polymerfasern oder Metallfasern.
In einem Aspekt der Zylinderlaufbuchsenanordnung beinhaltet die zentrale Schicht eines aus einem faserinfundierten Polymer, einem partikelinfundierten Polymer, einem Metallschaum, einem Polymerschaum oder einer technischen Struktur.
In einer Ausführungsform der Zylinderlaufbuchsenanordnung definiert die zentrale Schicht den Kühlmittelkanal. In einer weiteren Ausführungsform wirken die zentrale Schicht und der innere Verschleißzylinder zusammen, um den Kühlmittelkanal zu definieren. In noch einer weiteren Ausführungsform definiert die Hülse zumindest teilweise den Kühlmittelkanal.
In einem Aspekt der Zylinderlaufbuchsenanordnung definiert der Kühlmittelkanal eine Durchgangsdichte. Die Durchgangsdichte ist ein Volumen des Kühlmittelkanals pro Längeneinheit, das axial entlang der zentralen Bohrungsachse gemessen wird. In einer Ausführungsform der Zylinderlaufbuchsenanordnung ist die Durchgangsdichte in verschiedenen axialen Bereichen des inneren Verschleißzylinders entlang der zentralen Bohrungsachse variabel. In weiteren Ausführungsformen der Zylinderlaufbuchsenanordnung ist die Durchgangsdichte konstant über eine Länge der inneren Verschleißhülse entlang der zentralen Bohrungsachse.
In einer Ausführungsform der Zylinderlaufbuchsenanordnung beinhaltet der Kühlmittelkanal eine Vielzahl von Durchgängen. In weiteren Ausführungsformen beinhaltet der Kühlmittelkanal einen einzelnen Kanal, der spiralförmig um den inneren Verschleißzylinder gewickelt ist.
Ein Verfahren zur Herstellung einer Zylinderlaufbuchsenanordnung für einen Motorblock ist ebenfalls vorgesehen. Das Verfahren beinhaltet das Bilden eines inneren Verschleißzylinders zur Aufnahme einer Innenfläche und einer Außenfläche. Die Innenfläche des inneren Verschleißzylinders definiert eine Zylinderbohrung, die sich entlang einer zentralen Bohrungsachse erstreckt. Um die Außenfläche des inneren Verschleißzylinders herum wird eine zentrale Schicht gebildet. Die zentrale Schicht wird von einem porösen Material mit einer Vielzahl von offenen Zellen in Fluidverbindung miteinander gebildet, sodass ein Fluid in der Lage ist, durch die Vielzahl von offenen Zellen zu zirkulieren. Anschließend wird eine Hülse um eine Außenfläche der zentralen Schicht gebildet. Die Hülse ist aus einem faserverstärkten Polymer gebildet.
In einer Ausführungsform des Verfahrens zum Bilden der Zylinderlaufbuchsenanordnung ist ein Kühlmittelkanal angrenzend an die Außenfläche des inneren Verschleißzylinders ausgebildet. Der Kühlmittelkanal kann zumindest teilweise durch die zentrale Schicht gebildet werden.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zum Bilden der Zylinderlaufbuchsenanordnung ist ein Kühlkörper an der Außenfläche des inneren Verschleißzylinders und angrenzend an ein erstes Ende des inneren Verschleißzylinders befestigt. Der Kühlkörper erstreckt sich radial nach außen von der zentralen Bohrungsachse zu einem distalen Umfang. Der Kühlkörper kann am inneren Verschleißzylinder befestigt werden, bevor die zentrale Schicht um den inneren Verschleißzylinder gebildet wird.
Dementsprechend sieht die hierin beschriebene Zylinderlaufbuchsenanordnung eine leichte, langlebige Buchse für einen Motorblock vor. Die Zylinderlaufbuchsenanordnung kann in einen metallischen Motorblock, wie beispielsweise in einen Motorblock aus Gusseisen oder Aluminiumguss, eingebaut werden. Alternativ kann ein faserverstärkter Motorblock um die Zylinderlaufbuchsenanordnung herum gebildet werden. Der innere Verschleißzylinder sorgt für eine Wärme- und Verschleißfestigkeit, während die Außenhülse eine strukturelle Unterstützung für den inneren Verschleißzylinder bereitstellt. Die zentrale Schicht isoliert die Hülse von den extremen Temperaturen des inneren Verschleißzylinders. Darüber hinaus kann die poröse Struktur der zentralen Schicht zum Zirkulieren eines Kühlmittels durch diese verwendet werden, um die innere Verschleißschicht zu kühlen. Der Kühlmittelkanal, der unmittelbar angrenzend an den inneren Verschleißzylinder angeordnet ist, zirkuliert ein Kühlmittel unmittelbar angrenzend an den inneren Verschleißzylinder zum Kühlen des inneren Verschleißzylinders.
Die vorstehenden Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Lehren, lassen sich leicht aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der besten Durchführungsarten der Lehren ableiten, wenn diese in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen betrachtet werden.
Figurenliste

1 ist eine schematische, teilweise geschnittene perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Zylinderlaufbuchsenanordnung.
2 ist eine schematische Querschnittsansicht der Zylinderlaufbuchsenanordnung.
3 ist eine schematische Querschnittsansicht einer nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Zylinderlaufbuchsenanordnung.
4 ist eine schematische Seitenansicht eines inneren Verschleißzylinders, die ein erstes Muster eines Kühlmittelkanals darstellt.
5 ist eine schematische Seitenansicht des inneren Verschleißzylinders, die ein zweites Muster des Kühlmittelkanals darstellt.
6 ist eine schematische Seitenansicht des inneren Verschleißzylinders, die ein drittes Muster des Kühlmittelkanals darstellt.
7 ist eine schematische Seitenansicht des inneren Verschleißzylinders, die ein viertes Muster des Kühlmittelkanals darstellt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Unter Bezugnahme auf die FIGS., in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile in den verschiedenen Ansichten bezeichnen, wird eine erfindungsgemäße Ausführungsform einer Zylinderlaufbuchsenanordnung im Allgemeinen bei 20A in den 1 und 2 dargestellt, und eine nicht erfindungsgemäße Ausführungsform einer Zylinderlaufbuchsenanordnung ist im Allgemeinen bei 20B in 3 dargestellt. Die Zylinderlaufbuchsenanordnung 20A, 20B kann in einen Motorblock (nicht dargestellt) integriert werden, um eine Zylinderbohrung 22 zu bilden. Die Motorblock- und Zylinderlaufbuchsenanordnung 20A, 20B kann als Trocken- oder Nasslaufbuchse konfiguriert sein. Wie von Fachleuten in dem Gebiet verstanden, ist eine Außenfläche einer Trockenlaufbuchse nicht direkt dem Motorkühlmittel im Motorblock ausgesetzt, während eine Außenfläche einer Nasslaufbuchse direkt dem Motorkühlmittel im Motorblock ausgesetzt ist. Der Motorblock trägt eine oder mehrere Zylinderlaufbuchsenanordnungen, wie dies von Fachleuten verstanden wird. Der Motorblock kann einen Gusseisenblock, einen Aluminiumgussblock, einen Verbundblock, einen Polymerblock oder einen faserverstärkten Polymerblock beinhalten, ohne darauf beschränkt zu sein. Der Motorblock kann zur Verwendung mit jeder geeigneten Kraftstoffart konfiguriert werden, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf Benzin, Dieselkraftstoff, Propon, Ethanol, komprimiertes Erdgas oder Kombinationen derselben.
Die Zylinderlaufbuchsenanordnung 20A, 20B beinhaltet einen inneren Verschleißzylinder 24 und eine Hülse 26. In einigen Ausführungsformen kann die Zylinderlaufbuchsenanordnung 20A ferner eine zentrale Schicht 28 beinhalten, die zwischen dem inneren Verschleißzylinder 24 und der Hülse 26 angeordnet ist. Die erste Ausführungsform der Zylinderlaufbuchsenanordnung 20A ist mit dem inneren Verschleißzylinder 24, der zentralen Schicht 28 und der Hülse 26 dargestellt, während die zweite Ausführungsform der Zylinderlaufbuchsenanordnung 20B nur mit dem inneren Verschleißzylinder 24 und der Hülse 26 dargestellt ist.
Der innere Verschleißzylinder 24 beinhaltet deine Innenfläche 30 und eine Außenfläche 32. Die Innenfläche 30 bildet die Zylinderbohrung 22, die sich entlang einer zentralen Bohrungsachse 34 erstreckt. In den dargestellten exemplarischen Ausführungsformen beinhaltet die Zylinderbohrung 22 eine zylindrische Form, die konzentrisch zur zentralen Bohrungsachse 34 verläuft. Die Außenfläche 32 des inneren Verschleißzylinders 24 ist gegenüber der Innenfläche 30 angeordnet.
Da der innere Verschleißzylinder 24 die Zylinderbohrung 22 bildet, die wiederum einen Abschnitt einer Brennkammer bildet, in der Kraftstoff gezündet wird, ist der innere Verschleißzylinder 24 im Betrieb hohen Temperaturen ausgesetzt. Dementsprechend sollte der innere Verschleißzylinder 24 aus einem Material hergestellt sein, das hohen Temperaturen standhalten kann. Des Weiteren ist zu beachten, dass ein Kolben (nicht dargestellt) innerhalb der Zylinderbohrung 22 verschiebbar beweglich ist. Demzufolge sollte der innere Verschleißzylinder 24 aus einem Material hergestellt sein, das in der Lage ist, dem Verschleiß durch die Hin- und Herbewegung des Kolbens standzuhalten.
In der in den FIGS dargestellten und hierin beschriebenen exemplarischen Ausführungsform ist der innere Verschleißzylinder 24 eine sehr dünne Schicht aus einem hitzebeständigen und verschleißfesten Material. In einigen Ausführungsformen beinhaltet der innere Verschleißzylinder 24 eine Wanddicke 38, die senkrecht zur zentralen Bohrungsachse 34 gemessen wird und in einem Bereich zwischen 0,01 mm und 2,00 mm liegt. In weiteren Ausführungsformen liegt die Wanddicke 38 in einem Bereich zwischen 0,05 mm und 1,00 mm. In der hierin beschriebenen exemplarischen Ausführungsform ist der innere Verschleißzylinder 24 einer aus einem Metallmaterial oder einem keramischen Material. So kann beispielsweise der innere Verschleißzylinder 24 aus Metallen, wie beispielsweise Eisen, Aluminium, Stahl hergestellt sein. Alternativ kann der innere Verschleißzylinder 24 aus einem keramischen Material hergestellt sein.
Wie vorstehend erwähnt, ist erfindungsgemäß die Mittelschicht bzw. die zentrale Schicht 28 zwischen dem inneren Verschleißzylinder 24 und der Hülse 26 angeordnet. Die zentrale Schicht 28 ist aus einem porösen Material hergestellt. Die zentrale Schicht 28 ist eine isolierende Schicht, die dazu dient, die Hülse 26 von den hohen Temperaturen des inneren Verschleißzylinders 24 zu isolieren. In einer exemplarischen Ausführungsform beinhaltet das zur Herstellung der zentralen Schicht 28 verwendete poröse Material eine Vielzahl von offenen Zellen 40 in Fluidverbindung miteinander, sodass ein Fluid in der Lage ist, durch die Vielzahl von offenen Zellen 40 zu zirkulieren. Das Fluid kann ein Gas, wie beispielsweise Luft, oder eine Flüssigkeit, wie beispielsweise ein Motorkühlmittel (im Folgenden näher beschrieben), beinhalten. Die zentrale Schicht 28 kann eine Wanddicke 42 beinhalten, die senkrecht zur zentralen Bohrungsachse 34 gemessen wird und in einem Bereich zwischen 0,5 mm und 20,0 mm liegt. In weiteren Ausführungsformen liegt die Wanddicke 42 in einem Bereich zwischen 1,0 mm und 10,0 mm.
Die zentrale Schicht 28 kann eine aus einer Polymerstruktur, einem Metallschaum, einem Polymerschaum oder einer technischen Struktur beinhalten. Die zentrale Schicht 28 kann Fasern oder Partikel beinhalten, die darin eingearbeitet sind. Geeignete Fasern zur Verwendung in der zentralen Schicht 28 können Glasfasern, Kohlenstofffasern oder Basaltfasern beinhalten, sind aber nicht darauf beschränkt. Geeignete Partikel zur Verwendung in dem mit Partikeln angereicherten Polymer können Glaspartikel, Metallpartikel oder Keramikpartikel beinhalten, sind aber nicht darauf beschränkt. Die Partikel können in Form von festen Wülsten, hohlen Wülsten, festen Stäben oder Hohlstäben (d. h. Rohre) vorliegen. Wenn die zentrale Schicht 28 Fasern oder Partikel beinhaltet, kann die zentrale Schicht 28 gesintert oder anderweitig miteinander verbunden werden. Geeignete Polymere, die zum Bilden der zentralen Schicht 28 verwendet werden können, können unter anderem Thermoplaste, wie beispielsweise Polyamid, Polypropylen, Polyamid (thermoplastisch), Polyamidimid, PPS oder PPA, oder Duroplaste, wie beispielsweise Epoxid, Phenol, BMI, Polyimid, Polyurethan oder Silikon, beinhalten, sind aber nicht darauf beschränkt. Konstruierte Strukturen für die zentrale Schicht 28 können, sind aber nicht beschränkt auf, eine Waben- oder Gitterstruktur beinhalten, wie sie speziell entworfen und aus einem dreidimensionalen Druckverfahren oder einem additiven Herstellungsverfahren gebildet werden können.
Die Hülse 26 ist radial außerhalb der Außenfläche 32 des inneren Verschleißzylinders 24 in Bezug auf die zentrale Bohrungsachse 34 angeordnet. Wenn die Zylinderlaufbuchsenanordnung 20A die zentrale Schicht 28 beinhaltet, ist die Hülse 26 ferner radial außerhalb einer Außenfläche 44 der zentrale Schicht 28 in Bezug auf die zentrale Bohrungsachse 34 angeordnet. Die Hülse 26 stellt eine strukturelle Unterstützung für den inneren Verschleißzylinder 24 und die zentrale Schicht 28 bereit, falls vorhanden. Die Hülse 26 ist aus einem faserverstärkten Polymer hergestellt und/oder daraus gebildet. Geeignete Fasern für die Hülse 26 beinhalten unter anderem Kohlenstofffasern, Glasfasern, Basaltfasern, Polymerfasern oder Metallfasern, sind aber nicht darauf beschränkt. Geeignete Polymere, die zum Bilden der Hülse 26 verwendet werden können, können unter anderem Thermoplaste, wie beispielsweise Polyamid, Polypropylen, Polyamid (thermoplastisch), Polyamidimid, PPS oder PPA, oder Duroplaste, wie beispielsweise Epoxid, Phenol, BMI, Polyimid, Polyurethan oder Silikon, beinhalten, sind aber nicht darauf beschränkt. Die Hülse 26 kann eine Wanddicke 46 beinhalten, die senkrecht zur zentralen Bohrungsachse 34 gemessen wird und in einem Bereich zwischen 0,5 mm und 20,0 mm liegt. In weiteren Ausführungsformen liegt die Wanddicke 46 der Hülse 26 in einem Bereich zwischen 2,0 mm und 8,0 mm.
Die Zylinderlaufbuchsenanordnung 20A, 20B kann zur Aufnahme eines Kühlmittelkanals 48 ausgebildet sein. Der Kühlmittelkanal 48 kann einen einzelnen Durchgang oder eine Vielzahl von Durchgängen beinhalten. Der Kühlmittelkanal 48 ist zum Zirkulieren eines Kühlmittels durch diesen hindurch zum Kühlen des inneren Verschleißzylinders 24 betreibbar. Wenn der Kühlmittelkanal 48 im Motorblock eingebaut ist, ist er in Fluidverbindung mit einer oder mehreren Kühlmittelgalerien des Motorblocks angeordnet, um Kühlmittel aufzunehmen oder abzugeben. Wie in den FIGS dargestellt, beinhalten die exemplarischen Ausführungsformen der Zylinderlaufbuchsenanordnung 20A, 20B den Kühlmittelkanal 48, der angrenzend an die Außenfläche 32 des inneren Verschleißzylinders 24 zwischen dem inneren Verschleißzylinder 24 und der Hülse 26 angeordnet ist. Unter Bezugnahme auf die 1 und 2 wirken die zentrale Schicht 28 und der innere Verschleißzylinder 24 zusammen, um den Kühlmittelkanal 48 zu definieren. Dementsprechend ist der innere Verschleißzylinder 24 ausgebildet, um den Kühlmittelkanal 48 teilweise zu definieren, und die zentrale Schicht 28 ist ausgebildet, um den Kühlmittelkanal 48 teilweise zu definieren. In weiteren Ausführungsformen kann die zentrale Schicht 28 die Gesamtheit des Kühlmittelkanals 48 definieren. Unter Bezugnahme auf 3 definiert die Hülse 26 zumindest teilweise den Kühlmittelkanal 48.
Der Kühlmittelkanal 48 definiert eine Durchgangsdichte. Die Durchgangsdichte ist hierin definiert als ein Volumen des Kühlmittelkanals 48 pro Längeneinheit, das axial entlang der zentralen Bohrungsachse 34 gemessen wird. In einigen Ausführungsformen kann die Durchgangsdichte entlang der zentralen Bohrungsachse 34 konstant sein. In einer Ausführungsform kann die Durchgangsdichte in verschiedenen axialen Bereichen des inneren Verschleißzylinders 24 entlang der zentralen Bohrungsachse 34 variabel. Unter Bezugnahme auf 4 bis 7 kann beispielsweise in Bereichen des inneren Verschleißzylinders 24, die in der Nähe eines oberen oder ersten Endes 50 des inneren Verschleißzylinders 24 angeordnet sind, in denen eine Verbrennung stattfindet, die Durchgangsdichte höher sein, um eine bessere Kühlung des inneren Verschleißzylinders 24 zu gewährleisten. In anderen Bereichen, weiter vom ersten Ende 50 entfernt sind und bei der Verbrennung nicht so viel Wärme ausgesetzt sind wie das erste Ende 50 des inneren Verschleißzylinders 24, kann die Durchgangsdichte geringer sein. Dementsprechend kann die Kühlmenge, die durch den Kühlmittelkanal 48 für den inneren Verschleißzylinder 24 bereitgestellt wird, für die spezifische Anwendung der Zylinderlaufbuchsenanordnung 20A, 20B und zum Bereitstellen der erhöhten Kühlung für Hochtemperaturbereiche des inneren Verschleißzylinders 24 optimiert werden.
Wie vorstehend ausgeführt, kann der Kühlmittelkanal 48 einen einzelnen Durchgang oder eine Vielzahl von Durchgängen beinhalten. Unter Bezugnahme auf die 4 bis 7 sind alternative Muster für den Kühlmittelkanal 48 dargestellt. Unter Bezugnahme auf 4 ist ein erstes Muster 52 des Kühlmittelkanals 48 als eine Vielzahl von separaten Durchgängen 54 ausgeführt, die sich parallel zur zentralen Bohrungsachse 34, zwischen dem ersten Ende 50 des inneren Verschleißzylinders 24 und einem zweiten Ende 56 des inneren Verschleißzylinders 24 erstrecken. Das erste Muster 52 stellt eine konstante Durchgangsdichte bereit. Unter Bezugnahme auf 5 ist ein zweites Muster 58 des Kühlmittelkanals 48 als ein einzelner, spiralförmig angeordneter Durchgang 60 ausgebildet, in welchem die Wicklungen der Spirale in einem konstanten Abstand voneinander entlang der zentralen Bohrungsachse 34 angeordnet sind. Das zweite Muster 58 stellt eine konstante Durchgangsdichte bereit. Unter Bezugnahme auf 6 ist ein drittes Muster 62 des Kühlmittelkanals 48 als ein einzelner, spiralförmig angeordneter Durchgang 64 ausgebildet, in welchem die Wicklungen der Spirale in einem nicht konstanten Abstand voneinander beabstandet sind. Das dritte Muster 62 stellt eine variable Durchgangsdichte bereit, die am ersten Ende 50 des inneren Verschleißzylinders 24 eine höhere Dichte aufweist als am zweiten Ende 56 des inneren Verschleißzylinders 24. Unter Bezugnahme auf 7 ist ein viertes Muster 66 des Kühlmittelkanals 48 als eine Vielzahl von separaten Durchgängen 68 ausgeführt, die sich im Allgemeinen parallel zur zentralen Bohrungsachse 34, zwischen dem ersten Ende 50 des inneren Verschleißzylinders 24 und dem zweiten Ende 56 des inneren Verschleißzylinders 24 erstrecken. Jeder der separaten Durchgänge 68 wird in zwei Teildurchgänge 70A, 70B für jeden separaten Durchgang 68 nahe dem ersten Ende 50 des inneren Verschleißzylinders 24 gegabelt. Das vierte Muster 66 stellt eine variable Durchgangsdichte bereit, mit einem ersten Bereich 72, der einen niedrigeren ersten Wert nahe dem zweiten Ende 56 des inneren Verschleißzylinders 24 definiert, einem zweiten Bereich 74 mit einem höheren zweiten Wert nahe dem ersten Ende 50 des inneren Verschleißzylinders 24 und einem dritten Bereich 76 mit einem variablen Wert, der zwischen dem ersten Bereich 72 und dem zweiten Bereich 74 angeordnet ist.
In einigen Ausführungsformen kann der Kühlmittelkanal 48 in Fluidverbindung mit der porösen zentralen Schicht 28 angeordnet werden, entweder direkt oder indirekt über eine Kühlmittelgalerie des Motorblocks. Dementsprechend kann der Kühlmittelkanal 48 in Fluidverbindung mit der Vielzahl von offenen Zellen 40 des porösen Materials angeordnet werden. Folglich kann das Motorkühlmittel sowohl durch den Kühlmittelkanal 48 als auch durch das poröse Material der zentralen Schicht 28 strömen, um zusätzliche Kühlmöglichkeiten für den inneren Verschleißzylinder 24 zu schaffen.
Ein Verfahren zur Herstellung der Zylinderlaufbuchsenanordnung 20A, 20B ist ebenfalls vorgesehen. Das Verfahren beinhaltet das Bilden eines inneren Verschleißzylinders 24 zur Aufnahme einer Innenfläche 30 und einer Außenfläche 32. Wie vorstehend erwähnt, definiert die Innenfläche 30 die Zylinderbohrung 22. Der innere Verschleißzylinder 24 kann mit jedem geeigneten Verfahren gebildet werden, das in der Lage ist, den dünnwandigen, inneren Verschleißzylinder 24 zu bilden. So kann beispielsweise der innere Verschleißzylinder 24 unter Verwendung eines Extrusionsverfahrens, eines Gussverfahrens, eines additiven Herstellungsverfahrens oder eines thermischen Spritzverfahrens gebildet werden. Darüber hinaus können weitere Bearbeitungsverfahren zur Bildung des inneren Verschleißzylinders 24 hinzugezogen werden, wie beispielsweise Bohren, Bohrfräsen, Bearbeiten, usw.
Ein Kühlkörper 78, dargestellt in 1, kann an der Außenfläche 32 des inneren Verschleißzylinders 24 befestigt werden. So kann beispielsweise der Kühlkörper 78 angrenzend an das erste Ende 50 des inneren Verschleißzylinders 24 befestigt werden. Der Kühlkörper 78 erstreckt sich radial nach außen von der zentralen Bohrungsachse 34 zu einem distalen Umfang 80. Der Kühlkörper 78 ist zum Übertragen von Wärme vom inneren Verschleißzylinder 24 nach außen, weg vom inneren Verschleißzylinder 24, wie beispielsweise zu einer Kühlmittelgalerie im Motorblock, betreibbar. Der Kühlkörper 78 kann, ist aber nicht darauf beschränkt, ein Metall, wie Aluminium, Gusseisen oder Stahl, beinhalten. Der Kühlkörper 78 kann in jeder geeigneten Weise am inneren Verschleißzylinder 24 befestigt werden, wie beispielsweise, aber nicht beschränkt auf einen Lötvorgang, das Einpressen des Kühlkörpers 78 auf den inneren Verschleißzylinder 24 oder das Gießen des Kühlkörpers 78 auf den inneren Verschleißzylinder 24.
Das Verfahren kann das Bilden des Kühlmittelkanals 48 angrenzend an die Außenfläche 32 des inneren Verschleißzylinders 24 beinhalten. Der Kühlmittelkanal 48 kann mit jedem geeigneten Verfahren gebildet werden, wie beispielsweise durch Platzieren von Rohrstrukturen zum Bilden des Kühlmittelkanals 48 oder durch ein Verlustkernverfahren. Das Verlustkernverfahren beinhaltet das Anbringen einer Vorform für den Kühlmittelkanal 48 am inneren Verschleißzylinder 24. Die Vorform für den Kühlmittelkanal 48 weist eine Außenform auf, die der Größe des Kühlmittelkanals 48 entspricht. Die Vorform wird am inneren Verschleißzylinder 24 an der Stelle am inneren Verschleißzylinder 24 für den gewünschten Kühlmittelkanal 48 befestigt. Die Vorform wird später entfernt, wobei ein negativer Eindruck entsteht, der den Kühlmittelkanal 48 bildet. Es sollte beachtet werden, dass die Vorform am inneren Verschleißzylinder 24 befestigt ist, um das gewünschte Muster des Kühlmittelkanals 48 zu bilden.
Eine Schicht wird dann um die Vorform herum gebildet. Die Schicht kann entweder die zentrale Schicht 28 oder die Hülse 26 beinhalten. Nachdem die Schicht angrenzend an den inneren Verschleißzylinder 24 gebildet wurde, wird die Vorform entfernt. Die Vorform kann auf jede geeignete Weise entfernt werden, wie beispielsweise durch Erwärmen der Vorform auf eine Schmelztemperatur und Entleeren der Vorform aus der Zylinderlaufbuchsenanordnung 20A, 20B. Nach dem Entfernen der Vorform definiert der in der Schicht angrenzend an den inneren Verschleißzylinder 24 hinterlassene negative Eindruck den Kühlmittelkanal 48.
Wie vorstehend erwähnt, kann entweder die zentrale Schicht 28 oder die Hülse 26 angrenzend an den inneren Verschleißzylinder 24 ausgebildet sein. Wenn die zentrale Schicht 28 beinhaltet ist, dann wird sie um die Außenfläche 32 des inneren Verschleißzylinders 24 herum gebildet. Wie vorstehend erwähnt, ist die zentrale Schicht 28 aus einem porösen Material gebildet. Das poröse Material kann die Vielzahl von offenen Zellen 40n in Fluidverbindung miteinander beinhalten, sodass ein Fluid in der Lage ist, durch die Vielzahl von offenen Zellen 40 zu zirkulieren. Die zentrale Schicht 28 kann in jeder geeigneten Weise gebildet werden und richtet sich nach dem spezifischen Material, das zum Bilden der zentralen Schicht 28 verwendet wird.
Nach dem Bilden der zentralen Schicht 28 wird die Außenhülse 26 um die Außenfläche 44 der zentralen Schicht 28 gebildet. Wie vorstehend erwähnt, ist die Hülse 26 aus einem faserverstärkten Polymer gebildet. Die Hülse 26 kann in jeder geeigneten Weise gebildet werden und richtet sich nach dem spezifischen Material, das zum Bilden der Hülse 26 verwendet wird. So kann beispielsweise ein Vorformling für die Hülse 26 durch ein Filamentwickel- oder Übergeflechtverfahren gebildet werden, wie es von den Fachleuten verstanden wird. Die Vorform für die Hülse 26 kann dann wie in der Technik üblich ausgehärtet werden. Wie vorstehend erwähnt, können nach dem Aushärten der Hülse 26 alle Vorformen, die zum Bilden des Kühlmittelkanals 48s verwendet werden, entfernt werden.
Zubehör 82 kann in die zentrale Lage 28 und/oder die Hülse 26 eingebettet werden. Das Zubehör 82 kann eine elektronische Vorrichtung beinhalten, ist aber nicht darauf beschränkt. So kann beispielsweise das Zubehör 82 einen Sensor, einen elektrischen Verbinder, einen thermoelektrischen Generator, einen Kabelbaum, eine elektronische Steuereinheit/Modul usw. beinhalten, ist aber nicht darauf beschränkt. Alternativ kann das Zubehör 82 auch eine andere Vorrichtung beinhalten, wie beispielsweise eine Haltevorrichtung zum Befestigen einer Zusatzkomponente, einen Gewindeeinsatz zur Aufnahme einer Schraube, einen Gewindebolzen zur Aufnahme einer Mutter, ein Stellglied, einen Elektromotor usw.
Nachdem die Zylinderlaufbuchsenanordnung 20A, 20B gebildet wurde, kann sie, wie in der Technik üblich, in den Motorblock eingebaut werden, oder sie kann einen polymeren Motorblock um die Zylinderlaufbuchsenanordnung 20A, 20B herum aufweisen. Wie vorstehend erwähnt, kann die Zylinderlaufbuchsenanordnung 20A, 20B eine Nasslaufbuchse sein, in der die Hülse 26 der Zylinderlaufbuchsenanordnung 20A, 20B in direktem Kontakt mit dem Motorkühlmittel angeordnet ist, oder eine Trockenlaufbuchse, in der die Hülse 26 der Zylinderlaufbuchsenanordnung 20A, 20B nicht für den direkten Kontakt mit dem Motorkühlmittel angeordnet ist.

Claims

Zylinderlaufbuchsenanordnung (20A) für einen Motorblock, wobei die Zylinderlaufbuchsenanordnung (20A) Folgendes umfasst: einen inneren Verschleißzylinder (24), der eine Innenfläche (30) aufweist, die eine Zylinderbohrung (22) bildet, die sich entlang einer zentralen Bohrungsachse (34) erstreckt, sowie eine Außenfläche (32); eine Hülse (26), die radial außerhalb der Außenfläche (32) des inneren Verschleißzylinders (24) in Bezug auf die zentrale Bohrungsachse (34) angeordnet ist, wobei die Hülse (26) ein faserverstärktes Polymer ist; und einen Kühlmittelkanal (48), der angrenzend an die Außenfläche (32) des inneren Verschleißzylinders (24) zwischen dem inneren Verschleißzylinder (24) und der Hülse (26) angeordnet ist und zum Zirkulieren eines Kühlmittels durch diesen zum Kühlen des inneren Verschleißzylinders (24) dient; dadurch gekennzeichnet , dass die Zylinderlaufbuchsenanordnung ferner eine Mittelschicht (28) umfasst, die zwischen dem inneren Verschleißzylinder (24) und der Hülse (26) angeordnet ist, wobei die Mittelschicht (28) ein poröses Material mit einer Vielzahl von offenen Zellen in Fluidverbindung miteinander ist, sodass ein Fluid in der Lage ist, durch die Vielzahl von offenen Zellen zu zirkulieren.
Zylinderlaufbuchsenanordnung nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl der offenen Zellen in Fluidverbindung mit dem Kühlmittelkanal (48) angeordnet ist.
Zylinderlaufbuchsenanordnung nach Anspruch 1, wobei die Mittelschicht (28) den Kühlmittelkanal (48) definiert.
Zylinderlaufbuchsenanordnung nach Anspruch 1, wobei die Hülse (26) den Kühlmittelkanal (48) zumindest teilweise definiert.
Zylinderlaufbuchsenanordnung nach Anspruch 1, wobei der Kühlmittelkanal (48) eine Durchgangsdichte definiert, wobei die Durchgangsdichte ein Volumen des Kühlmittelkanals (48) pro Längeneinheit ist, das axial entlang der zentralen Bohrungsachse (34) gemessen wird, wobei die Durchgangsdichte in verschiedenen axialen Bereichen des inneren Verschleißzylinders (24) entlang der zentralen Bohrungsachse (34) unterschiedlich ist.
Zylinderlaufbuchsenanordnung nach Anspruch 1, wobei die Mittelschicht (28) eine Polymerstruktur, einen Metallschaum, einen Polymerschaum, eine Waben- oder Gitterstruktur beinhaltet.