DE10324030B4

DE10324030B4 - Cylinder liner production method for component reinforcement in engines, involves cutting sheet metal into metal strips such that each metal strip has contours formed at one end

Info

Publication number: DE10324030B4
Application number: DE2003124030
Authority: DE
Inventors: Eugen Dipl.-Ing. Hees; Helmut Dipl.-Ing. Schäfer (FH)
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2003-05-27
Filing date: 2003-05-27
Publication date: 2005-04-07
Anticipated expiration: 2023-05-28
Also published as: DE10324030A1

Abstract

Sheet metal unwound from a roll is cut at regular intervals by a punching tool to produce metal strips. Contours (14) are formed at one end of each metal strip due to the cutting made by the punching tool. Each metal strip is formed into a cylinder.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Zylinderlaufbuchse nach den Merkmalen des Anspruchs 1.The The invention relates to a method for producing a cylinder liner according to the features of claim 1.

In modernen Motoren, insbesondere in Aluminiummotoren, werden zur Verstärkung im Bereich des Zylinders Zylinderlaufbuchsen eingesetzt. Diese Zylinderlaufbuchsen weisen eine höhere Verschleißbeständigkeit auf als die herkömmliche Aluminiumgusslegierung, aus der das Kurbelgehäuse hergestellt ist. Die Zylinderlaufbuchsen stellen somit eine lokale Bauteilverstärkung dar.In modern engines, especially in aluminum engines, are used for amplification Area of the cylinder used cylinder liners. These cylinder liners have a higher one wear resistance on as the conventional one Cast aluminum alloy from which the crankcase is made. The cylinder liners thus represent a local component gain.

Zur Minimierung des Gewichtes des Kurbelgehäuses werden in der Regel Zylinderlaufbuchsen auf Aluminiumbasis eingesetzt. Derartige Zylinderlaufbuchsen bestehen oftmals aus einer Aluminium-Silizium-Legierung, die einen hohen, meist übereutektischen Anteil an Silizium aufweisen.to Minimizing the weight of the crankcase will usually be on cylinder liners Aluminum base used. Such cylinder liners exist often made of an aluminum-silicon alloy that has a high, mostly over-eutectic Have a share of silicon.

Ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Zylinderlaufbuchse wird beispielsweise in der WO 99/14518 A1 beschrieben. In einem Ausführungsbeispiel dieser Schrift wird ein Band aus Aluminium durch Spiralwickel zu einem Rohr gewickelt und anschließend verschweißt. Hierbei treten jedoch mechanische Spannungen im Bereich der Schweißnaht auf. Diese Spannungen wirken sich negativ auf die Formstabilität der aus dem Rohr abgetrennten Zylinderlaufbuchse aus.One Method for producing such a cylinder liner is for example described in WO 99/14518 A1. In one embodiment This book is a band of aluminum by spiral wrap too wound a tube and then welded. in this connection However, mechanical stresses occur in the region of the weld. These stresses have a negative effect on the dimensional stability of the removed from the tube cylinder liner.

Es ist auch möglich, Zylinderlaufbuchsen aus rund gekneteten Rohren abzutrennen. Hierbei treten zwar keine Spannungen auf, jedoch ist das Rundkneten ein relativ teures Verfahren.It is possible, too, Separate cylinder liners from round kneaded tubes. Join this Although no tensions on, but the swaging is a relative expensive procedure.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung einer Zylinderlaufbuchse bereitzustellen, wobei gegenüber dem Stand der Technik eine vergleichsweise spannungsarme Zylinderlaufbuchse hergestellt wird und gleichzeitig die Herstellungskosten minimiert werden.The The object of the invention is a process for the preparation to provide a cylinder liner, with respect to the Prior art, a relatively low-stress cylinder liner is produced while minimizing the production cost become.

Die Lösung der Aufgabe besteht in einem Verfahren zur Herstellung einer Zylinderlaufbuchse nach den Merkmalen des Anspruchs 1.The solution The task consists in a method for producing a cylinder liner after the features of claim 1.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Zylinderlaufbuchse werden aus einem Blech Blechstreifen herausgetrennt und zu einem Zylinder geformt. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass das Blech, das auf einer Rolle aufgerollt ist, in regelmäßigen Abständen durch ein Stanzwerkzeug in Blechstreifen abgetrennt wird. Hierbei werden durch das Stanzwerkzeug an den abgetrennten Enden der Blechstreifen Konturen eingebracht. Die Blechstreifen mit den Konturen werden zu einem Zylinder geformt, wobei die Konturen der Blechstreifen formschlüssig ineinander greifen. Somit entsteht eine Zylinderlaufbuchse, die an einer konturierten Trennnaht zusammengefügt ist.at the method according to the invention for making a cylinder liner are made of a sheet metal Sheet metal strip cut out and formed into a cylinder. The Process is characterized by the fact that the sheet metal on a Roll is rolled up, periodically through a punch in metal strips is separated. Here are through the punching tool at the severed ends of the metal strips Contours introduced. Sheet metal strips with contours become shaped into a cylinder, with the contours of the metal strips form-fitting mesh. This creates a cylinder liner, the is joined together at a contoured seam.

Ein Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass aus einem beliebigen Werkstoff, der zu einem Blech geformt werden kann, in günstiger Weise eine Zylinderlaufbuchse hergestellt werden kann. Da es sich um einzelne Blechstreifen handelt, die jeweils nur eine geringe Längenausdehnung haben, werden die Spannungen an der Fügestelle minimiert. Grundsätzlich kann eine derartige Zylinderlaufbuchse aus nahezu jedem metallischen Material hergestellt werden.One Advantage of this method is that from any Material that can be formed into a sheet in favor Way a cylinder liner can be made. As it is To individual metal strips is, each only a small Linear expansion have, the stresses are minimized at the joint. Basically Such a cylinder liner of almost any metallic Material to be produced.

In einer Ausgestaltungsform der Erfindung weisen die Konturen Hinterschneidungen auf. Dies ist vorteilhaft beim Fügen der Blechstreifen zu einer Zylinderlaufbuchse. Die Konturen können somit ineinandergehakt werden, was das Verbinden der Enden der Blechstreifen erleichtert. Auch durch diese Maßnahme werden Spannungen abgebaut.In In one embodiment of the invention, the contours have undercuts on. This is advantageous when joining the sheet metal strip to a cylinder liner. The contours can thus be nested, which is the joining of the ends of the metal strips facilitated. Also by this measure voltages are reduced.

Eine geeignete Form der Hinterschneidung besteht in einer pilzförmigen Ausgestaltung der Konturen. Eine derartige Form ist leicht durch ein Stanzwerkzeug auszuschneiden und relativ formstabil, wobei die einzelnen Konturformen ohne Verkantungen ineinander gefügt werden können.A suitable form of the undercut consists in a mushroom-shaped configuration the contours. Such a shape is easy through a punching tool cut out and relatively dimensionally stable, with the individual contour shapes without canting together can be.

Die Konturen, die durch das Stanzwerkzeug in die Blechenden eingebracht werden, sind so ausgestaltet, dass jeweils eine positive, herausragende Kontur des einen Endes in eine entsprechende Aussparung des anderen Endes formschlüssig hineinpasst. Dies kann mit nur einem Ausstanzwerkzeug erzielt werden, das beim Ausstanzen einer Kontur aus dem Blech zwangsläufig eine, dieser Kontur entsprechenden Aussparung hinterlässt. Es wird somit jeweils eine Kontur mit einer ihr entsprechenden Aussparung zusammengefügt.The Contours that are introduced by the punching tool in the sheet metal ends are, are designed so that each has a positive, outstanding contour one end into a corresponding recess of the other end form-fitting fits. This can be achieved with only one punching tool, that when punching a contour out of the sheet inevitably a, This contour leaves corresponding recess. It will thus each time a contour with a corresponding recess joined together.

Es ist zweckmäßig, die bereits formschlüssig ineinander gefügten Konturen der Zylinderlaufbuchse zu verschweißen. Hierbei wird eine gasdichte Naht erzeugt, die beim Betrieb des Motors für die Zylinderlaufbuchse zweckmäßig ist. Bevorzugt wird kein zusätzliches Schweißmaterial angewendet, sondern durch Fremdenergieeinwirkung das Material der Blechstreifen an Verbindungsflächen miteinander verschweißt. Alternativ kann bei speziellen Werkstoffen, die ein Verschweißen durch Eigenmaterial nicht zulassen, ein Lot angewendet werden.It is appropriate, the already form-fitting in one another joined To weld contours of the cylinder liner. This is a gas-tight seam generated, which is useful in the operation of the engine for the cylinder liner. Preferred is no additional welding material applied, but by external energy impact the material of the metal strips at connecting surfaces welded together. Alternatively, with special materials that can be welded through Own material does not allow a lot to be applied.

In einer bevorzugten Ausgestaltungsform der Erfindung werden die Blechstreifen in Form von Parallelogrammen ausgeschnitten. Die Parallelogramme enthalten erfindungsgemäß an zwei Enden Konturen. Dies führt zu einer Verbindungslinie in der Zylinderlaufbuchse, die nicht parallel zu deren Zylinderachse verläuft. Ein Vorteil besteht darin, dass die mechanische Belastung, die auf die Zylinderlaufbuchse während des Eingießens des Gießmetalls wirkt, reduziert wird.In a preferred embodiment of the invention, the sheet metal strip in the form of Cut out parallelograms. The parallelograms according to the invention contain contours at two ends. This leads to a connecting line in the cylinder liner, which does not run parallel to the cylinder axis. One advantage is that the mechanical stress exerted on the cylinder liner during casting of the casting metal is reduced.

In einer Ausgestaltungsform kann die Zylinderlaufbuchse nach dem Fügen ggf. auf einem Kalibrierwerkzeug auf einen bestimmten Enddurchmesser kalibriert werden. Üblicherweise wird dabei der Durchmesser der Zylinderlaufbuchse um etwa 0,1 bis 0,5 mm reduziert. Hierdurch kann eine genauere Passform der Zylinderlaufbuchse erzielt werden.In According to one embodiment, the cylinder liner can after joining if necessary Calibrated on a calibration tool to a specific final diameter become. Usually while the diameter of the cylinder liner is about 0.1 to 0.5 mm reduced. This allows a more accurate fit of the cylinder liner be achieved.

Durch das Anwenden der des Kalibrierwerkzeuges ist es zudem möglich, eine Kontur im Außenbereich der Zylinderlaufbuchse zu erzeugen. Diese Kontur kann beispielsweise durch Profillinien ausgestaltet sein. Die Kontur bewirkt durch eine Vielzahl von Verankerungen (Oberflächenrauigkeit) eine gute Anbindung zwischen der Zylinderlaufbuchse und dem Umguss wodurch eine Gasdichtigkeit zwischen einem Brennraum und einem Wassermantel gewährleistet ist.By applying the calibration tool, it is also possible to use a Outline contour to produce the cylinder liner. This contour can be, for example be designed by profile lines. The contour is caused by a Variety of anchorages (surface roughness) a good connection between the cylinder liner and the perimeter resulting in a gas tightness ensured between a combustion chamber and a water jacket is.

Eine zweckmäßige Ausgestaltung zur Gewährleistung der Gasdichtigkeit kann durch ein foliertes Blech erzielt werden. Hierbei wird auf das Blech, bevorzugt während des Walzens eine Folie aufgebracht (Walzplattieren). Bei der Folie handelt es sich in der Regel ebenfalls um eine Aluminiumfolie, die jedoch in ihrer Zusammensetzung so ausgestaltet ist, dass es zu einer guten Anschmelzung mit dem Umguss beim Eingießen der Zylinderlaufbuchse in ein Zylinderkurbelgehäuse kommt. Die Dicke der Folie beträgt üblicherweise zwischen 0,1 mm und 0,3 mm. Anstatt eines folierten Bleches kann auch ein Mehrlagenblech entsprechend zum Einsatz kommen.A expedient embodiment to guarantee The gas-tightness can be achieved by a foiled sheet. Here, on the sheet, preferably during rolling a film applied (roll cladding). The film is in the Usually also an aluminum foil, but in its composition is designed so that it is a good fusion with the Encasing while pouring the cylinder liner comes into a cylinder crankcase. The thickness of the film is usually between 0.1 mm and 0.3 mm. Instead of a foiled sheet can Also a multi-layer sheet to be used accordingly.

In der Regel enthalten die Zylinderlaufbuchsen an ihrer Ober- oder Unterseite Fasen. Diese Fasen dienen zur Ablenkung der Schmelze, die während des Gießprozesses auf die Zylinderlaufbuchse trifft. Diese Fasen können ggf. bereits beim Ausstanzen der Blechstreifen an Längsseiten der Blechstreifen angebracht werden. Hierzu wird ggf. ein zusätzliches Werkzeug benötigt. Ein Vorteil besteht darin, dass ein zusätzlicher Arbeitsschritt, nämlich das Abdrehen der Fasen in der fertigen Zylinderlaufbuchse, eingespart werden kann.In usually contain the cylinder liners on their top or bottom Chamfers. These chamfers serve to deflect the melt during the casting process meets the cylinder liner. These chamfers may possibly already during punching the metal strip on long sides the metal strips are attached. For this purpose, if necessary, an additional Tool needed. An advantage is that an additional step, namely the Turning the bevels in the finished cylinder liner, saved can be.

Die Blechrolle, von der die Blechstreifen abgetrennt werden, sollte dieselbe Höhe aufweisen, wie die herzustellende Zylinderlaufbuchse. Dadurch wird verhindert, dass unnötiger Verschnitt anfällt, wodurch weiterhin die Kosten für die Herstellung der Zylinderlaufbuchsen reduziert werden können.The Sheet metal roll, from which the metal strips are separated, should the same height have, as the cylinder liner to be produced. This prevents that unnecessary Cuts off, which continues the cost of the production of cylinder liners can be reduced.

Weitere Ausgestaltungsformen der Erfindung. werden anhand der folgenden Figuren beschrieben.Further Embodiments of the invention. will be based on the following Figures described.

Dabei zeigen:there demonstrate:

1 eine schematische Darstellung des Verfahrens mit einer Blechrolle und einem Stanzwerkzeug, 1 a schematic representation of the method with a sheet metal roll and a punching tool,

2 einen Blechstreifen mit pilzförmigen Konturen, 2 a metal strip with mushroom-shaped contours,

3 einen Blechstreifen mit pilzförmigen Konturen und dem Grundriss eines Parallelogramms, 3 a sheet metal strip with mushroom-shaped contours and the plan view of a parallelogram,

4 ein Blechstreifen mit reißverschlussähnlichen Konturen und einem Grundriss in Form eines Parallelogramms und 4 a sheet metal strip with zipper-like contours and a plan view in the form of a parallelogram and

5 eine Zylinderlaufbuchse. 5 a cylinder liner.

1 zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dabei wird ein Aluminiumblech 4, bestehend aus einer übereutektischen Aluminium-Silizium-Legierung von einer Blechrolle 8 (sogenannte „Coil"), abgerollt. Durch ein Stanzwerkzeug 10 wird das Blech 4 zu Blechstreifen 6 vereinzelt. 1 shows a schematic representation of the method according to the invention. This is an aluminum sheet 4 consisting of a hypereutectic aluminum-silicon alloy of a sheet metal roll 8th (so-called "coil"), unrolled through a punching tool 10 becomes the sheet metal 4 to sheet metal strips 6 sporadically.

Beispiele für die Form von Blechstreifen 6 sind in den 2, 3 und 4 gegeben. In 2 ist ein Blechstreifen 6 dargestellt, der im Wesentlichen rechteckig ausgestaltet ist und an parallelen Schnittenden 12 Konturen 14 sowie Aussparungen 15 aufweist. Die Konturen 14 und die Aussparungen 15 werden durch das Stanzwerkzeug 10 erzeugt. Dabei hinterlässt jede Kontur 14 eine korrespondierende Aussparung 15 im vorangegangenen Blechstreifen. Die Abfolge der Blechstreifen 6 ist in 3 durch die gestrichelte Linie eines nachfolgenden Bleches dargestellt.Examples of the shape of metal strips 6 are in the 2 . 3 and 4 given. In 2 is a metal strip 6 represented, which is designed substantially rectangular and at parallel cut ends 12 contours 14 as well as recesses 15 having. The contours 14 and the recesses 15 be through the punching tool 10 generated. It leaves every contour 14 a corresponding recess 15 in the previous sheet metal strip. The sequence of metal strips 6 is in 3 represented by the dashed line of a subsequent sheet.

Der Blechstreifen 6 in 3 ist in Form eines Parallelogramms ausgestaltet. Dies wird beispielsweise dadurch erzielt, dass das Stanzwerkzeug 10 bzgl. einer Blechlängslinie 16 schräg gestellt wird.The metal strip 6 in 3 is designed in the form of a parallelogram. This is achieved for example by the punching tool 10 regarding a sheet longitudinal line 16 is tilted.

In 4 ist ein Blechstreifen 6 dargestellt, dessen Konturen 14 reißverschlussähnlich ausgestaltet sind. Auch in diesem Beispiel sind die Konturen 14 so angelegt, dass sie in Aussparungen 15 formschlüssig eingepasst werden können.In 4 is a metal strip 6 represented, its contours 14 are designed zipper similar. Also in this example are the contours 14 designed so that they are in recesses 15 can be fitted positively.

Grundsätzlich können verschiedene Formen von Konturen angewendet werden. Dabei sind Hinterschneidungen, wie sie in den 2 bis 4 dargestellt sind, nicht unbedingt erforderlich, sie sind jedoch hilfreich, wenn der Blechstreifen 6 zur Zylinderlaufbuchse 2 zusammengefügt wird.In principle, different shapes of contours can be used. There are undercuts, as in the 2 to 4 are not necessarily required, they are ever but helpful if the metal strip 6 to the cylinder liner 2 is joined together.

Die Zylinderlaufbuchse 2 ist in 5 näher dargestellt. Man kann in 5 erkennen, dass die Konturen 14 und die Aussparungen 15 zu einer Verbindungslinie 18 zusammengefügt sind. Selbst ohne weitere Fügetechniken, wie Löten oder Schweißen, ist die Zylinderlaufbuchse 2 in diesem Zustand formstabil.The cylinder liner 2 is in 5 shown in more detail. You can in 5 recognize that the contours 14 and the recesses 15 to a connecting line 18 are joined together. Even without further joining techniques, such as soldering or welding, the cylinder liner is 2 dimensionally stable in this state.

In einem weiteren Schritt erfolgt nun ein hier nicht dargestelltes Verschweißen der Verbindungslinie 18. Das Verschweißen erfolgt, bevorzugt durch eine punktuelle Energiequelle, beispielsweise durch eine Schweißflamme. Wenn möglich sollte es vermieden werden, Zusatzmaterial für das Schweißen einzubringen. Als Material für das Blech 4 kann, wie bereits erwähnt wurde, eine hochsiliziumhaltige AlSi-Legierung verwendet werden. Es besteht jedoch die Anforderung an das Material, dass es ausreichend duktil ist, um daraus ein Blech herzustellen. Aus einem derartigen Material lässt sich eine Zylinderlaufbuchse 2 herstellen (5), die gegenüber herkömmlichen Aluminiumlegierungen, wie sie beispielsweise für das Gießen des Zylinderkurbelgehäuses verwendet werden, eine deutlich höhere tribologische Beständigkeit aufweist.In a further step now takes place here not shown welding the connection line 18 , The welding takes place, preferably by a point source of energy, for example by a welding flame. If possible it should be avoided to introduce additional material for welding. As material for the sheet 4 For example, as already mentioned, a high silicon AlSi alloy can be used. However, there is a requirement on the material that it is sufficiently ductile to make a sheet from. From such a material can be a cylinder liner 2 produce ( 5 ), which compared to conventional aluminum alloys, as used for example for the casting of the cylinder crankcase, has a significantly higher tribological resistance.

Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich jedoch auch auf Aluminiumbleche aus herkömmlichen, günstigen Aluminiumlegierungen anwenden. Zylinderlaufbuchsen, die aus einem derartigen günstigen Aluminiumblech hergestellt werden, finden eine Anwendung in sogenannten Dummy-Buchsen. Dummy-Buchsen werden benötigt, um beim Anfahren einer Druckgussmaschine als Zylin derlaufbuchsen eingesetzt zu werden. Während des Anfahrens der Druckgussmaschine müssen etwa fünf Abgüsse eines Kurbelgehäuses durchgeführt werden, bis die Maschine eine ausreichende Betriebstemperaturen aufweist. In dieser Phase wäre es betriebswirtschaftlich unrentabel, hochwertige Serienzylinderlaufbuchsen einzulegen. Durch die Verwendung von Dummy-Buchsen kann gegenüber den Serienzylinderlaufbuchsen eine Kostenreduktion von bis zu 70 % erzielt werden.The inventive method can be, however also on aluminum sheets of conventional, low-cost aluminum alloys apply. Cylinder liners made from such a favorable Aluminum sheet are manufactured, find an application in so-called Dummy sockets. Dummy sockets are needed to start a Die casting machine to be used as Zylin derlaufbuchsen. While starting of the die casting machine, about five casts of a crankcase have to be carried out, until the machine has sufficient operating temperatures. At this stage would be it economically unprofitable, high-quality serial cylinder liners appeal. By using dummy bushes can be compared to the series cylinder liners a cost reduction of up to 70% can be achieved.

Zylinderkurbelgehäuse mit Dummy-Buchsen können nach dem Abgießen ohne weiteres wieder recycliert werden. Verunreinigungen durch Eisen, wie sie beispielsweise bei der Verwendung von Serienzylinderlaufbuchsen aus Grauguss auftreten, sind bei der Verwendung von Dummy-Buchsen nicht relevant. Dabei ist es zweckmäßig, wenn die Aluminiumlegierung der Dummy-Buchse der Aluminiumlegierung des Zylinderkurbelgehäuses ähnlich ist.Cylinder crankcase with Dummy sockets can after pouring be easily recycled again. Impurities by iron, such as when using serial cylinder liners Made of gray cast iron are when using dummy jacks Not relevant. It is expedient if the aluminum alloy the dummy socket similar to the aluminum alloy of the cylinder crankcase.

Claims

Method for producing a cylinder liner ( 2 ) from a sheet ( 4 ), with metal strips ( 6 ) from the sheet ( 4 ) are cut out and formed into a cylinder, characterized in that - the sheet ( 4 ) on a roll ( 5 ) is rolled up, - from the roll ( 5 ) at regular intervals by a punching tool ( 10 ) the metal strips ( 6 ), where at ends ( 12 ) the metal strip ( 6 ) through the punching tool ( 10 ) Contours ( 14 ) and - the metal strips ( 6 ) are formed into a cylinder, wherein the contours ( 14 ) at the ends ( 12 ) the metal strip ( 6 ) are positively joined together.

Method according to claim 1, characterized in that the contours ( 14 ) Have undercuts.

Method according to claim 1 or 2, characterized in that the contours ( 14 ) are designed mushroom-head-shaped.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the ends ( 12 ) the metal strip ( 6 ) are welded together.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the ends ( 12 ) the metal strip ( 6 ) are soldered together.

Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the metal strips ( 6 ) are cut out substantially the shape of a parallelogram.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the cylinder liner ( 2 ) is calibrated to its final diameter.

A method according to claim 7, characterized in that during calibration, a contour on an outer side of the cylinder liner ( 2 ) is applied.

Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the sheet ( 4 ) is provided with a cover foil, which on the outside of the cylinder liner ( 2 ) is attached.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that during the punching of the metal strip ( 6 ) on contour-free pages ( 16 ) the metal strip ( 6 ) Chamfers are formed.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a height of the sheet metal roller ( 8th ) a height of the cylinder liner ( 2 ) corresponds.