DE102020201718A1 - Additively manufactured cylinder liner for a cylinder block of an internal combustion engine and a method for producing such a cylinder liner - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine additiv gefertigte Zylinderlaufbuchse (2) für einen Zylinderblock einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem buchsenartig en Körper (4), mit mindestens einem im Körper (4) angeordneten Hohlraum (6), der parallel zu einer Längsachse (8) des Körpers (4) durch den Körper (4) durchgehend erstreckt ist und der quer zur Längsachse (8) einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt (14) umfasst, und mit mindestens einer den Körper (4) auf der den Hohlraum (6) abgewandten Seite nach Außen begrenzenden Mantelfläche (10), die mindestens eine von außen zugängliche Ausnehmung (12), insbesondere eine Mehrzahl von von außen zugänglichen Ausnehmungen (12), umfasst, die von der Mantelfläche (10) in Richtung Mitte des Körpers (4) in einer Ebene durch die Längsachse (8) einen sich erweiternden Querschnitt (14) aufweist.Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Zylinderlaufbuchse.The invention relates to an additively manufactured cylinder liner (2) for a cylinder block of an internal combustion engine with at least one sleeve-like body (4), with at least one cavity (6) arranged in the body (4) and parallel to a longitudinal axis (8) of the body ( 4) extends continuously through the body (4) and which comprises a substantially circular cross-section (14) transversely to the longitudinal axis (8), and with at least one outwardly delimiting the body (4) on the side facing away from the cavity (6) Jacket surface (10) which comprises at least one externally accessible recess (12), in particular a plurality of externally accessible recesses (12), which extend from the jacket surface (10) towards the center of the body (4) in a plane through the Longitudinal axis (8) has a widening cross-section (14). In addition, the invention relates to a method for producing such a cylinder liner.
Description
Die Erfindung betrifft eine additiv gefertigte Zylinderlaufbuchse für einen Zylinderblock einer Brennkraftmaschine sowie ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Zylinderlaufbuchse.The invention relates to an additively manufactured cylinder liner for a cylinder block of an internal combustion engine and a method for producing such a cylinder liner.
Zylinderlaufbuchsen sind aus dem Stand der Technik bekannt, um in einem Zylinderblock angeordnet zu werden. Im Inneren der Zylinderlaufbuchse ist ein Kolben einer Brennkraftmaschine bewegbar. Bekannte Zylinderlaufbuchsen sind im Schleudergussprozess hergestellt. Darüber hinaus sind Zylinderlaufbahnen bekannt, bei denen die Laufflächen direkt beschichtet werden.Cylinder liners are known from the prior art in order to be arranged in a cylinder block. A piston of an internal combustion engine can be moved inside the cylinder liner. Known cylinder liners are manufactured using the centrifugal casting process. In addition, cylinder liners are known in which the running surfaces are coated directly.
Um eine formschlüssige Verklammerung der bekannten Zylinderlaufbuchsen mit den Zylinderblöcken zu verbessern, weisen diese auf deren Mantelfläche Zerklüftungen und/oder Hinterschnitte auf. Die Zerklüftungen dienen auch dazu einen besseren Wärmetransport zwischen Zylinderlaufbuchse und Zylinderblock zu gewährleisten.In order to improve a form-fitting interlocking of the known cylinder liners with the cylinder blocks, these have fissures and / or undercuts on their outer surface. The fissures also serve to ensure better heat transfer between the cylinder liner and the cylinder block.
Durch das Herstellen der bekannten Zylinderlaufbuchsen im Schleuderprozess sind bekannte Zylinderlaufbuchsen nur in zylindrischer Form erzeugbar. Sollen weitere von einer zylindrischen Form abweichende Geometrien realisiert werden, ist hierdurch ein zusätzlicher Bearbeitungsschritt notwendig.By producing the known cylinder liners in a centrifugal process, known cylinder liners can only be produced in a cylindrical shape. If further geometries deviating from a cylindrical shape are to be implemented, an additional processing step is necessary.
Aufgabe eines Ausführungsbeispiels der Erfindung ist, eine Zylinderlaufbuchse vorzuschlagen, die in ihrer Formgebung frei wählbar ist und die eine erweiterte Mantelfläche umfasst.The object of an exemplary embodiment of the invention is to propose a cylinder liner which can be freely selected in terms of its shape and which comprises an expanded lateral surface.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine additiv gefertigte Zylinderlaufbuchse für einen Zylinderblock einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem buchsenartigen Körper, mit mindestens einem im Körper angeordneten Hohlraum, der parallel zu einer Längsachse des Körpers durch den Körper durchgehend erstreckt ist und der quer zur Längsachse einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt umfasst, und mit mindestens einer den Körper auf der den Hohlraum abgewandten Seite nach Außen begrenzenden Mantelfläche, die mindestens eine von außen zugängliche Ausnehmung, insbesondere eine Mehrzahl von, von außen zugänglichen Ausnehmungen, umfasst, die von der Mantelfläche in Richtung Mitte des Körpers in einer Ebene durch die Längsachse einen sich erweiternden Querschnitt aufweist.This object is achieved by an additively manufactured cylinder liner for a cylinder block of an internal combustion engine with at least one sleeve-like body, with at least one cavity arranged in the body, which extends through the body parallel to a longitudinal axis of the body and which is essentially circular at right angles to the longitudinal axis Comprises cross section, and with at least one outer surface delimiting the body on the side facing away from the cavity to the outside, which comprises at least one externally accessible recess, in particular a plurality of externally accessible recesses, which extend from the outer surface in the direction of the center of the body in a plane through the longitudinal axis has a widening cross-section.
Dadurch, dass die Zylinderlaufbuchse additiv gefertigt ist, ist die Formgebung der Zylinderlaufbuchse, insbesondere entlang deren Längsachse, frei wählbar.Because the cylinder liner is manufactured additively, the shape of the cylinder liner, in particular along its longitudinal axis, can be freely selected.
Dadurch, dass die additiv gefertigte Zylinderlaufbuchse auf ihrer Mantelfläche mindestens eine, insbesondere eine Mehrzahl von, von außen zugänglichen Ausnehmungen umfasst, ist hierdurch zum einen ein komplexer Hinterschnitt auf der Außenseite der Zylinderlaufbuchse gebildet, wodurch eine verbesserte Anbindung an den Zylinderblock ermöglicht ist. Darüber hinaus kann hierdurch zum anderen ein verbesserter Wärmeübergang zwischen Zylinderlaufbuchse und Zylinderblock zur Verfügung gestellt werden.Because the additively manufactured cylinder liner comprises at least one, in particular a plurality of, externally accessible recesses on its outer surface, a complex undercut is formed on the outside of the cylinder liner, which enables an improved connection to the cylinder block. On the other hand, this can also provide an improved heat transfer between the cylinder liner and the cylinder block.
Der sich erweiternde Querschnitt der Ausnehmung kann grundsätzlich eine beliebige Kontur umfassen. Es erweist sich als vorteilhaft, wenn der sich erweiternde Querschnitt der Ausnehmung eine geradlinige oder bogenförmige Kontur umfasst.The widening cross-section of the recess can in principle comprise any contour. It proves to be advantageous if the widening cross-section of the recess comprises a straight or curved contour.
Solchenfalls kann der sich erweiternde Querschnitt der Ausnehmung eine elliptische, polygone oder kreisbogenabschnittförmige Kontur umfassen oder eine pyramidenstumpfartige Kontur.In such a case, the widening cross-section of the recess can comprise an elliptical, polygonal or circular arc segment-shaped contour or a truncated pyramid-shaped contour.
Durch das Vorsehen der mindestens einen Ausnehmung, insbesondere der Mehrzahl von Ausnehmungen, wird hierdurch jeweils ein Hinterschnitt gebildet, der zu einer verbesserten Anbindung der Zylinderlaufbuchse an den Zylinderblock führt. Um hierbei das Verhältnis von äußerer Mantelfläche und Vertiefung derart zu wählen, dass hohe Kräfte aufgenommen werden können, erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Ausnehmung von außen über eine Öffnung in der Mantelfläche zugänglich ist, die eine Breite umfasst, die zu einer Breite des der Öffnung abgewandten Bodens des Ausnehmung im Verhältnis kleiner 1:1,1, insbesondere kleiner 1:1,5, insbesondere kleiner 1:2, steht.By providing the at least one recess, in particular the plurality of recesses, an undercut is formed in each case, which leads to an improved connection of the cylinder liner to the cylinder block. In order to select the ratio of the outer surface area and the recess in such a way that high forces can be absorbed, it has proven to be advantageous if the recess is accessible from the outside via an opening in the surface area which has a width that corresponds to a width of the the bottom of the recess facing away from the opening has a ratio of less than 1: 1.1, in particular less than 1: 1.5, in particular less than 1: 2.
Darüber hinaus erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Ausnehmung eine sich senkrecht zur Mantelfläche erstreckende Tiefe umfasst, die zur Breite der Öffnung im Verhältnis kleiner 1:0,5, insbesondere kleiner 1:1 insbesondere kleiner 1:1,5, steht.In addition, it proves to be advantageous if the recess comprises a depth extending perpendicularly to the jacket surface, which is in the ratio of less than 1: 0.5, in particular less than 1: 1, in particular less than 1: 1.5, to the width of the opening.
Hierdurch kann gewährleistet werden, dass die Materialabschnitte der Ummantelung eine ausreichende Dicke umfassen, um einen Formschluss mit dem Zylinderblock bilden zu können, ohne dass die Gefahr eines Materialabbruchs der Zylinderlaufbuchse bei Belastung besteht.This can ensure that the material sections of the casing have a sufficient thickness to be able to form a form fit with the cylinder block without the risk of the material breaking off of the cylinder liner under load.
Bei einer Weiterbildung der Zylinderlaufbuchse ist vorgesehen, dass mindestens eine der mindestens einen von außen zugänglichen Ausnehmung, den Körper quer oder schräg zur Längsachse zumindest abschnittsweise oder in Gänze umgeben.In a further development of the cylinder liner, it is provided that at least one of the at least one externally accessible recess surrounds the body transversely or obliquely to the longitudinal axis, at least in sections or in its entirety.
Die von außen zugängliche Ausnehmung kann solchenfalls nur über einen gewissen Teilabschnitt der Mantelfläche des Körpers erstreckt sein oder den Körper in Gänze umgeben.The externally accessible recess can in this case only via a certain one Part of the lateral surface of the body extends or surrounds the body in its entirety.
Um den Wärmeübergang von Zylinderlaufbuchse auf Zylinderblock sowie die Anbindung von Zylinderlaufbuchse zum Zylinderblock weiter zu verbessern, weist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Zylinderlaufbuchse eine Mehrzahl von von außen zugänglichen Ausnehmungen auf, die parallel oder schräg zueinander verlaufend, angeordnet sind. Hierbei können die Mehrzahl von von außen zugänglichen Ausnehmungen nur einen Teilbereich der Mantelfläche bedecken oder über die gesamte Mantelfläche erstreckt sein.In order to further improve the heat transfer from the cylinder liner to the cylinder block and the connection from the cylinder liner to the cylinder block, a further exemplary embodiment of the cylinder liner has a plurality of externally accessible recesses that run parallel or obliquely to one another. In this case, the plurality of recesses accessible from the outside can only cover a partial area of the jacket surface or can be extended over the entire jacket surface.
Grundsätzlich ist es denkbar, dass der Körper entlang seiner Längsachse zylinderförmig ausgebildet ist. Durch das additive Fertigen der Zylinderlaufbuchse ist bei einer Ausführungsform der Zylinderlaufbuchse vorgesehen, dass der Körper zumindest abschnittsweise in einer Ebene durch die Längsachse einen sich erweiternden oder verjüngenden Querschnitt, insbesondere einen konischen Querschnitt, aufweist.In principle, it is conceivable that the body is designed to be cylindrical along its longitudinal axis. Due to the additive manufacturing of the cylinder liner, in one embodiment of the cylinder liner it is provided that the body has, at least in sections, a widening or tapering cross-section, in particular a conical cross-section, in a plane through the longitudinal axis.
Der sich erweiternde oder verjüngende Querschnitt kann sich stetig oder sprunghaft erweitern, bzw. verjüngen. Darüber hinaus ist es denkbar, dass der sich erweiternde oder sich verjüngende Querschnitt eine geradlinige oder eine verrundete Form umfasst.The widening or tapering cross-section can widen or taper steadily or suddenly. In addition, it is conceivable that the widening or tapering cross section comprises a straight or rounded shape.
Der sich erweiternde oder sich verjüngende Querschnitt kann grundsätzlich an einer beliebigen Stelle des Körpers angeordnet sein. Um die Zylinderlaufbuchse in einem Zylinderblock anzuordnen, kann es sich als vorteilhaft erweisen, wenn der sich erweiternde oder verjüngende Querschnitt an einem freien Ende des Körpers angeordnet ist.The widening or tapering cross section can in principle be arranged at any point on the body. In order to arrange the cylinder liner in a cylinder block, it can prove to be advantageous if the widening or tapering cross section is arranged at a free end of the body.
Darüber hinaus wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen einer Zylinderlaufbuchse für ein Zylinderblock einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem der zuvor genannten Merkmale, wobei die Zylinderlaufbuchse mit einem additiven Fertigungsverfahren hergestellt wird, bei dem die Zylinderlaufbuchse schichtweise aufgebaut wird.In addition, the object is achieved by a method for producing a cylinder liner for a cylinder block of an internal combustion engine with at least one of the aforementioned features, the cylinder liner being produced using an additive manufacturing process in which the cylinder liner is built up in layers.
Zum Ausführen des Verfahrens kann beispielsweise ein so genannter 3D-Drucker verwendet werden. Bei dem Material kann auf ein additiv herstellbares und für eine Laufbahn geeignetes Material zurückgegriffen werden, beispielsweise Gussmaterial, wie Grauguss, Metall und/oder Aluminium.A so-called 3D printer, for example, can be used to carry out the method. For the material, a material that can be produced additively and is suitable for a career can be used, for example cast material such as gray cast iron, metal and / or aluminum.
Bei einer Weiterbildung des Verfahrens erweist es sich als vorteilhaft, wenn das schichtweise Aufbauen der Zylinderlaufbuchse ein Aufschmelzen von mindestens einem, insbesondere metallischen, Ausgangsmaterial mittels Energiezufuhr sowie Abscheiden und Verfestigen des schmelzflüssigen Ausgangsmaterials in einem Bearbeitungspunkt umfasst, wobei der Bearbeitungspunkt nach Maßgabe von vorgegebenen Geometriebeschreibungsdaten der aufzubauenden Zylinderlaufbuchse innerhalb von einzelnen, jeweils aufeinanderfolgenden Schichten bewegt wird.In a further development of the method, it proves to be advantageous if the layer-by-layer build-up of the cylinder liner includes melting of at least one, in particular metallic, starting material by means of an energy supply, as well as the deposition and solidification of the molten starting material in a processing point, the processing point being based on predetermined geometry description data of the cylinder liner to be built is moved within individual, successive layers.
Hierdurch ist es ermöglicht, an nur einer Bearbeitungsstation die komplexe Hinterschnittgeometrie der Ausnehmungen in der Mantelfläche des Körpers ohne weitere Nachbearbeitungsschritte herzustellen.This makes it possible to produce the complex undercut geometry of the recesses in the lateral surface of the body at just one processing station without further post-processing steps.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Patentansprüchen, aus der zeichnerischen Darstellung und nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der additiv gefertigten Zylinderlaufbuchse.Further features, details and advantages of the invention emerge from the attached patent claims, from the drawing and the following description of a preferred embodiment of the additively manufactured cylinder liner.
In der Zeichnung zeigt:
-
1 Eine teilgeschnittene Seitenansicht auf ein Ausführungsbeispiel einer additiv gefertigten Zylinderlaufbuchse; -
2 Eine Detailansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der Zylinderlaufbuchse gemäß1 mit bogenförmig geformten Ausnehmungen; -
3 Eine Detailansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der Zylinderlaufbuchse gemäß1 mit geradlinig geformten Ausnehmungen.
-
1 A partially sectioned side view of an embodiment of an additively manufactured cylinder liner; -
2 A detailed view of a first exemplary embodiment of the cylinder liner according to FIG1 with arched recesses; -
3 A detailed view of a second exemplary embodiment of the cylinder liner according to FIG1 with rectilinear shaped recesses.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Ansprüchen sowie in der Zeichnung offenbarten Merkmale der Erfindung, können sowohl einzeln, als auch in jeder beliebigen Kombination in der Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.The features of the invention disclosed in the above description, in the claims and in the drawing can be essential both individually and in any combination in the implementation of the invention in its various embodiments.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 22
- ZylinderlaufbuchseCylinder liner
- 44th
- Körperbody
- 66th
- Hohlraumcavity
- 88th
- LängsachseLongitudinal axis
- 1010
- MantelflächeOuter surface
- 1212th
- AusnehmungRecess
- 1414th
- Querschnittcross-section
- 1616
- Öffnungopening
- 1818th
- Bodenfloor
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