DE112010001446T5

DE112010001446T5 - Zylinderlaufbuchse aus Metallmatrix-Verbundwerkstoffund Verfahren zur Herstellung derselben

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Publication number: DE112010001446T5
Application number: DE112010001446T
Authority: DE
Inventors: Toshihiro Takami; Manabu Tsukimoto; Ikuo Suzuki; Junichi MATSUDAIRA; Kunio Kumagai; Makoto Fujita
Original assignee: Central Motor Wheel Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Central Motor Wheel Co Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-03-31
Filing date: 2010-03-12
Publication date: 2012-08-23
Anticipated expiration: 2030-03-13
Also published as: JP2010236636A; DE112010001446B4; CN102159347A; US8966751B2; US20110162521A1; JP5185178B2; CN102159347B; WO2010113667A1

Abstract

Eine MMC-Zylinderlaufbuchse 10 weist einen inneren rohrförmigen Abschnitt 11 und einen äußeren rohrförmigen Abschnitt 12 auf. Der innere rohrförmige Abschnitt 11 enthält einen Metallmatrix-Verbundwerkstoff, der aus einem mit einer Al-Si-Legierung imprägnierten Formkörper gebildet wird, wobei der Formkörper aus einem Verstärkungsmaterial besteht. Der äußere rohrförmige Abschnitt 12 ist aus einer Al-Si-Legierung gebildet. Die Si-Konzentration der in den Formkörper des inneren rohrförmigen Abschnitts 11 imprägnierten Al-Si-Legierung unterscheidet sich von der Si-Konzentration der Al-Si-Legierung des äußeren rohrförmigen Abschnitts 12. Die MMC-Zylinderlaufbuchse 10 erfüllt sowohl die für eine Gleitfläche eines Kolbens notwendigen mechanischen Eigenschaften als auch die Haftfähigkeit während des Gießens. Ein Verfahren zur Herstellung der MMC-Zylinderlaufbuchse 10 ist ebenfalls beschrieben.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Erfindung betrifft eine Zylinderlaufbuchse aus Metallmatrix-Verbundwerkstoff, die einen inneren rohrförmigen Abschnitt und einen äußeren rohrförmigen Abschnitt aufweist, wobei der innere rohrförmige Abschnitt einen Metallmatrix-Verbundwerkstoff enthält, der durch einen mit einer Al-Si-Legierung imprägnierten Formkörper gebildet wird, der Formkörper aus einem Verstärkungsmaterial besteht und der äußere rohrförmige Abschnitt aus einer Al-Si-Legierung gebildet ist.
STAND DER TECHNIK
Es ist bekannt, mehrere Motorteile aus einer Aluminiumlegierung herzustellen, um Anforderungen wie Gewichtsreduzierung oder Verbesserung bei der Wärmeabfuhr zu erfüllen. Teile, die mit hoher Geschwindigkeit hin und her gleiten, wie z. B. ein Kolbenboden oder ein Kolbenring, üben eine Trägheitskraft aus, die zu deren Masse proportional ist, was sich signifikant auf deren Betriebseigenschaften auswirkt. Somit wurden solche Teile von Anfang an aus Aluminiumlegierungen hergestellt, um die Gewichtsreduzierung auszunutzen. Seit kurzem wurden Teile wie z. B. der Zylinderkopf und die Kurbelwelle ebenfalls leichtgewichtiger gemacht.
Unterdessen war man der Auffassung, dass es schwierig sei, eine Zylinderlaufbuchse aus einer Aluminiumlegierung zu bilden, da aufgrund der Größe, der Funktion und des Einsatzes einer Zylinderlaufbuchse eine höhere Hochtemperaturformbeständigkeit, eine höhere Abriebfestigkeit, eine höhere Festigkeit und eine höhere Steifigkeit notwendig sind. Somit wurde zur Gewichtsreduzierung der Zylinderlaufbuchse ein Metallmatrix-Verbundwerkstoff (MMC), d. h. ein Verbundwerkstoff, der auf einer Aluminiumlegierung basiert, die mit Metall und Keramikfasern oder Keramikpartikeln verstärkt ist, verwendet.
Herkömmlicherweise sind MMC-Zylinderlaufbuchsen bekannt, wie sie z. B. in JP11-222638A , JP2007-508147A , JP2003-181620A und JP06-170515A offenbart sind. Darüber hinaus ist ein Verfahren zur Herstellung einer MMC-Zylinderlaufbuchse bekannt, die z. B. in dem veröffentlichen japanischen Patent JP03-003539 offenbart ist. JP11-222638A beschreibt eine MMC-Zylinderlaufbuchse, die auf einer untereutektischen Al-Si-Legierung basiert, wobei die Si-Konzentration zwischen 9,6 und 12 liegt. JP2003-181620A beschreibt eine MMC-Zylinderlaufbuchse auf der Basis einer untereutektischen Al-Si-Legierung wie z. B. ADC12.
JP06-170515A beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer MMC-Zylinderlaufbuchse mit den in den 10A–D dargestellten Schritten.

1) Zunächst werden Metall und Keramikfasern, welche zusammen ein Verstärkungsmaterial bilden, gehärtet, um einen porösen rohrförmigen Formkörper 50 zu bilden, der aus dem Verstärkungsmaterial besteht und einen generell kreisförmigen Querschnitt aufweist. Wie in der 10A dargestellt ist, wird der Formkörper 50 über einen generell zylinderförmigen Kern 52 angebracht, der in einer beweglichen Gussform 51 angeordnet ist.
2) Wie in der 10B dargestellt ist, wird die bewegliche Gussform 51 zu einer festen Gussform 53 bewegt. Dabei wird um einen äußeren Umfang des Formkörpers 50 ein rohrförmiger Hohlraum 54 mit einem generell kreisförmigen Querschnitt gebildet.
3) Wie in der 10C dargestellt ist, wird eine geschmolzene Al-Si-Legierung unter Druck von einer Angussöffnung 55, die in der festen Gussform 53 vorgesehen ist, dem Hohlraum 54 zugeführt, so dass der Formkörper 50 mit der geschmolzenen Al-Si-Legierung imprägniert wird.
4) Nach dem Entfernen der ausgehärteten Al-Si-Legierung wird wie in der 10D dargestellt eine MMC-Zylinderlaufbuchse hergestellt. Die Zylinderlaufbuchse weist einen inneren rohrförmigen Abschnitt 56, der aus einem Metallmatrix-Verbundwerkstoff gebildet wird, und einen äußeren rohrförmigen Abschnitt 57, der aus der Al-Si-Legierung gebildet wird, auf.

Die wie oben hergestellte MMC-Zylinderlaufbuchse wird metallurgisch mit einem Körper eines Zylinderblocks während des Gießens des Blocks verschmolzen.
Für solche MMC-Zylinderlaufbuchsen ist während des Gießens eine Haftfähigkeit an dem Körper des Zylinderblocks notwendig. Wenn wie in JP11-222638A und JP2003-181620A eine niedrige untereutektische Legierung mit einem niedrigen Schmelzpunkt als eine die MMC-Zylinderlaufbuchse bildende Al-Si-Legierung verwendet wird, wird die Haftfähigkeit der Zylinderlaufbuchse an dem Zylinderblock sichergestellt. Jedoch können in diesem Fall mechanische Eigenschaften, welche für die Innenumfangsfläche der Zylinderlaufbuchse, die als Gleitfläche eines Kolbens dient, notwendig sind, nicht erreicht werden. Dies kann zu einer Verringerung der Widerstandsfähigkeit führen oder die Notwendigkeit einer weiteren Verstärkung mit einer erhöhten Menge an Verstärkungsmaterial mit sich bringen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine MMC-Zylinderlaufbuchse, die sowohl die für eine Gleitfläche eines Kolbens notwendigen mechanischen Eigenschaften als auch die Haftfähigkeit während des Gießens erfüllt, und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen MMC-Zylinderlaufbuchse bereitzustellen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine MMC-Zylinderlaufbuchse mit einem inneren rohrförmigen Abschnitt und einem äußeren rohrförmigen Abschnitt bereitgestellt. Der innere rohrförmige Abschnitt weist einen Metallmatrix-Verbundwerkstoff auf, der aus einem mit einer Al-Si-Legierung imprägnierten Formkörper gebildet wird. Der Formkörper besteht aus einem Verstärkungsmaterial. Der äußere rohrförmige Abschnitt ist aus einer Al-Si-Legierung gebildet. Die Si-Konzentration der Al-Si-Legierung, die in den Formkörper des inneren rohrförmigen Abschnitts imprägniert ist, unterscheidet sich von der Si-Konzentration der Al-Si-Legierung des äußeren rohrförmigen Abschnitts.
In einer Ausführungsform kann die Si-Konzentration der Al-Si-Legierung in dem äußeren rohrförmigen Abschnitt so festgelegt werden, dass die Al-Si-Legierung des äußeren rohrförmigen Abschnitts eine untereutektische Zusammensetzung hat.
In einer anderen Ausführungsform kann die Si-Konzentration der Al-Si-Legierung in dem äußeren rohrförmigen Abschnitt zwischen 8 und 12 Gew.-% liegen.
In einer anderen Ausführungsform kann die Si-Konzentration der Al-Si-Legierung, die in den Formkörper des inneren rohrförmigen Abschnitts imprägniert ist, zwischen 6 und 10 Gew.-% liegen.
In einer anderen Ausführungsform kann die Si-Konzentration der Al-Si-Legierung, die in den Formkörper des inneren rohrförmigen Abschnitts imprägniert ist, zwischen 12 und 16 Gew.-% liegen.
In einer anderen Ausführungsform kann die MMC-Zylinderlaufbuchse hergestellt werden, indem eine Zufuhrrate einer geschmolzenen Al-Si-Legierung unmittelbar vor Beendigung des Füllvorgangs der geschmolzenen Al-Si-Legierung in einen Hohlraum von zumindest einer Gussform während des Gießens der Al-Si-Legierung erhöht wird.
In einer anderen Ausführungsform kann die Zufuhrrate vor der Erhöhung der Zufuhrrate auf 20 bis 40 cm/s und nach der Erhöhung der Zufuhrrate auf 0,5 bis 4 m/s festgelegt werden.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer MMC-Zylinderlaufbuchse mit einem inneren rohrförmigen Abschnitt und einem äußeren rohrförmigen Abschnitt bereitgestellt. Der innere rohrförmige Abschnitt weist einen Metallmatrix-Verbundwerkstoff auf, der aus einem mit einer Al-Si-Legierung imprägnierten Formkörper besteht. Der Formkörper besteht aus einem Verstärkungsmaterial. Der äußere rohrförmige Abschnitt besteht aus einer Al-Si-Legierung.
Das Verfahren weist die Schritte auf: Setzen eines rohrförmigen Formkörpers mit einem generell ringförmigen Querschnitt über einen Kern mit einem generell zylinderförmigen Aufbau, wobei der Formkörper aus einem Verstärkungsmaterial besteht und eine Außenumfangsfläche hat; Vorsehen von zumindest einer Gussform um die Außenumfangsfläche des Formkörpers, um einen rohrförmigen Hohlraum mit einem generell ringförmigen Querschnitt zu bilden, wobei die zumindest eine Gussform in axialer Richtung der zumindest einen Gussform ein Ende aufweist; Zuführen einer geschmolzenen Al-Si-Legierung über eine Angussöffnung, die an oder nahe dem Ende angeordnet ist; und Erhöhen einer Zufuhrrate der geschmolzenen Al-Si-Legierung unmittelbar vor Beendigung des Füllvorgangs der geschmolzenen Al-Si-Legierung in den Hohlraum.
In einer Ausführungsform kann die Zufuhrrate vor der Erhöhung der Zufuhrrate auf 20 bis 40 cm/s und nach der Erhöhung der Zufuhrrate auf 0,5 bis 4 m/s eingestellt werden.
In einer anderen Ausführungsform kann die Si-Konzentration der geschmolzenen Al-Si-Legierung zwischen 6 und 12 Gew.-% liegen.
In einer anderen Ausführungsform kann die Si-Konzentration der geschmolzenen Al-Si-Legierung zwischen 12 und 16 Gew.-% liegen.
In einer anderen Ausführungsform kann der Hohlraum ein erstes Ende auf der Seite der Angussöffnung und gegenüber dem ersten Ende ein zweites Ende aufweisen, wobei sich ein Außendurchmesser des Hohlraums von dem ersten zum zweiten Ende des Hohlraums hin allmählich vergrößern kann.
In einer anderen Ausführungsform kann der Formkörper ein erstes Ende auf der Seite der Angussöffnung und ein zweites Ende, das dem ersten Ende gegenüberliegt, aufweisen, wobei die Dicke des Formkörpers von dem ersten Ende zum zweiten Ende des Formkörpers hin zunimmt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung zusammen mit deren Aufgaben und Vorteilen kann am besten unter Bezug auf die folgende Beschreibung von momentan bevorzugten Ausführungsformen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verstanden werden. Es zeigen:
1 eine Seitenquerschnittsansicht einer MMC-Zylinderlaufbuchse gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
2 ein Diagramm, welches die Si-Konzentration am Querschnitt der MMC-Zylinderlaufbuchse der 1 entlang der Linie II-II in der 1 darstellt;
3 ein binäres Phasendiagramm einer Al-Si-Legierung zur Verwendung bei der Herstellung der MMC-Zylinderlaufbuchse der 1;
4 eine Seitenquerschnittsansicht einer Gussvorrichtung zur Verwendung bei der Herstellung der MMC-Zylinderlaufbuchse der 1;
5 eine Schnittansicht der Gussvorrichtung der 4 entlang der Linie V-V in der 4;
6 eine vergrößerte Querschnittsansicht des kreisförmigen, mit gestrichelter Linie angedeuteten Abschnitt in der 4;
7A eine Zufuhr von einer geschmolzenen Al-Si-Legierung unmittelbar nach Beginn der Zufuhr bei der Herstellung der MMC-Zylinderlaufbuchse der 1;
7B eine Zufuhr von einer geschmolzenen Al-Si-Legierung bis unmittelbar vor Beendigung des Füllvorgangs von der geschmolzenen Al-Si-Legierung in einen Hohlraum bei der Herstellung der MMC-Zylinderlaufbuchse der 1;
7C eine Zufuhr von einer geschmolzenen Al-Si-Legierung nach Beendigung des Füllvorgangs der geschmolzenen Al-Si-Legierung in den Hohlraum bei der Herstellung der MMC-Zylinderlaufbuchse der 1;
8 das Gießen der MMC-Zylinderlaufbuchse der 1 an einen Zylinderblock;
9 ein Diagramm, das eine Si-Konzentration am Querschnitt einer MMC-Zylinderlaufbuchse gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung entlang einer Linie, die der Linie II-II in der 1 entspricht, darstellt; und
10A bis 10D Herstellungsschritte einer herkömmlichen MMC-Zylinderlaufbuchse.
BESTE AUSFÜHRUNGSART DER ERFINDUNG
Erste Ausführungsform
Eine MMC-Zylinderlaufbuchse gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung und ein Verfahren zur Herstellung derselben werden unter Bezugnahme auf die 1 bis 8 beschrieben. Zunächst wird der Aufbau der MMC-Zylinderlaufbuchse dieser Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 beschrieben.
Die 1 zeigt eine Seitenquerschnittsansicht einer MMC-Zylinderlaufbuchse 10 gemäß der ersten Ausführungsform. Die MMC-Zylinderlaufbuchse 10 ist generell rohrförmig mit einem generell kreisförmigen Querschnitt ausgebildet. Die MMC-Zylinderlaufbuchse 10 weist einen inneren rohrförmigen Abschnitt 11 und einen äußeren rohrförmigen Abschnitt 12 auf. Der innere rohrförmige Abschnitt 11 weist einen Metallmatrix-Verbundwerkstoff (MMC) auf, der aus einem mit einer Al-Si-Legierung imprägnierten Verstärkungsmaterial gebildet ist. Das Verstärkungsmaterial besteht aus einer Kombination von Metall und Keramikfasern oder einer Kombination aus Metall und Keramikpartikeln. Der äußere rohrförmige Abschnitt 12 ist aus einer Al-Si-Legierung gebildet.
Wie in der 1 gezeigt ist, nimmt der Außendurchmesser des äußeren rohrförmigen Abschnitts 12 von oben nach unten ab. Genauer gesagt ist der Durchmesser D1 am oberen Ende des äußeren rohrförmigen Abschnitts 12 größer als der Durchmesser D2 an dem unteren Ende des äußeren rohrförmigen Abschnitts 12.
Die Dicke des inneren rohrförmigen Abschnitts 11 nimmt ebenfalls von oben nach unten ab. Genauer gesagt ist die Dicke T1 am oberen Ende des inneren rohrförmigen Abschnitts 11 größer als die Dicke T2 an dem unteren Ende des inneren rohrförmigen Abschnitts 11.
Die 2 zeigt eine Verteilung der Si-Konzentration am Querschnitt entlang der Linie II-II der 1. Die Messung der Si-Konzentration wurde durch Analysieren von Punkten des inneren rohrförmigen Abschnitts 11 und des äußeren rohrförmigen Abschnitts 12 mit einem Rasterelektronenmikroskop (SEM) (S-4300, Hitachi High-Technologies Corporation, Japan) in Verbindung mit einem energiedispersiven Röntgenanalysator (EX-300, HORIBA, Limited, Japan) durchgeführt. Wie dargestellt, liegt die Si-Konzentration der in das Verstärkungsmaterial des inneren rohrförmigen Abschnitts 11 imprägnierten Al-Si-Legierung nur bei etwa 7 Gew.-%, wohingegen die Si-Konzentration der Al-Si-Legierung, die den äußeren rohrförmigen Abschnitt 12 bildet, zwischen etwa 8 und 10 Gew.-% liegt und zum Außenumfang der Zylinderlaufbuchse hin zunimmt.
Die 3 ist ein binäres Phasendiagramm einer Al-Si-Legierung, welches das für die Herstellung der MMC-Zylinderlaufbuchse 10 verwendete Material ist. Wie dargestellt, nimmt der Schmelzpunkt der Al-Si-Legierung, welcher durch die Liquiduslinie dargestellt ist, ab, bis eine Si-Konzentration von 11,7 Gew.-% erreicht wird, was den eutektischen Punkt darstellt. Nach Erreichen einer Si-Konzentration von 11,7 Gew.-%, nimmt der Schmelzpunkt der Al-Si-Legierung mit Zunahme der Si-Konzentration zu. Wie aus diesem Diagramm klar wird, ist der Schmelzpunkt einer untereutektischen Al-Si-Legierung mit einer Si-Konzentration von 8 bis 10 Gew.-% in dem äußeren rohrförmigen Abschnitt 12 niedriger als der der Al-Si-Legierung mit einer Si-Konzentration von 7 Gew.-%, welche in den inneren rohrförmigen Abschnitt 11 imprägniert ist.
Als nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung der MMC-Zylinderlaufbuchse 10 unter Bezugnahme auf die 4 bis 8 beschrieben.
Die 4 ist eine Seitenquerschnittsansicht einer Gussvorrichtung zur Verwendung beim Gießen der MMC-Zylinderlaufbuchse 10. Die 5 ist eine Schnittansicht der Gussvorrichtung entlang der Linie V-V in der 4. Wie in diesen Zeichnungen gezeigt, weist die Gussvorrichtung generell vier Gussformen auf, d. h. eine feste Gussform 20, zwei seitlich bewegliche Gussformen 21, 22 und eine bewegliche Kerngussform 23. Wie in der 5 dargestellt, können die seitlich beweglichen Gussformen 21, 22 von oben nach unten oder umgekehrt zu der festen Gussform 20 zugestellt werden. Die bewegliche Kerngussform 23 kann von rechts nach links oder umgekehrt zu der festen Gussform 20 zugestellt werden.
Die bewegliche Kerngussform 23 weist einen Kern 24 auf, der einen generell zylindrischen Aufbau hat und vorspringt und sich zu seinem distalen Ende in Richtung der festen Gussform 20 verjüngt. Ein aus einem Verstärkungsmaterial bestehender Formkörper 25 wird vorgeformt und über den Kern 24 gesetzt. Der Formkörper 25 weist einen generell rohrförmigen Aufbau mit einem generell kreisförmigen Querschnitt auf. Der Formkörper 25 wird gebildet, indem das Verstärkungsmaterial aus einer Kombination von einem Metall und Keramikfasern oder einer Kombination aus einem Metall und Keramikpartikeln mit einem Bindemittel oder einem polymeren Koagulationsmittel ausgehärtet wird, um den generell rohrförmigen Aufbau sicherzustellen, und gesintert wird. Bei der ersten Ausführungsform wird der Formkörper 25 so gebildet, dass die Dicke des Formkörpers 25 entlang der Längsrichtung des Formkörpers 25 von einem Ende zum anderen Ende größer wird. Wenn der Formkörper 25 über den Kern 24 gesetzt wird, wird das dickere Ende des Formkörpers 25 auf die gleiche Seite wie das distale Ende des Kerns 24 angeordnet.
Wie in der 4 gezeigt, ist eine Angussöffnung 29 zum Zuführen einer Al-Si-Legierungsschmelze am oder nahe dem proximalen Abschnitt des Kerns 24 ausgebildet. Die Schmelze wird mit einem Kolben 30 unter Druck durch die Angussöffnung 29 den Gussformen zugeführt.
Wie in der 6 gezeigt, welche eine vergrößerte Querschnittsansicht des kreisförmigen mit gestrichelter Linie angedeuteten Abschnitt in der 4 darstellt, sind umgekehrt halbzylindrisch konkave Ausnehmungen 26 und 27 in den zwei seitlich beweglichen Gussformen 21 und 22 ausgebildet, so dass die beiden Ausnehmungen 26 und 27 der Außenumfangsfläche der MMC-Zylinderlaufbuchse 10 zugewandt sind. Wenn die Gussformen zusammengesetzt sind, wird ein Hohlraum 28 zwischen den Ausnehmungen 26 und 27 und der Außenumfangsfläche des über den Kern 24 gesetzten Formkörpers 25 gebildet. Der Hohlraum 28 hat einen generell ringförmigen Aufbau mit einem generell kreisförmigen Querschnitt. Der Außendurchmesser des Hohlraums 28 nimmt vom proximalen Ende des Kerns 24 zum distalen Ende des Kerns 24 zu. Somit vergrößert sich der Querschnitt des Hohlraums 28 mit zunehmender Entfernung von der Angussöffnung 29.
Die MMC-Zylinderlaufbuchse 10 wird gegossen, indem eine Schmelze aus einer Al-Si-Legierung, welche das Grundmaterial darstellt, unter Druck durch die Angussöffnung 29 der Gussform zugeführt wird. Bei dieser Ausführungsform wird für die den Gussformen zuzuführende Schmelze eine Al-Si-Legierung mit einer Si-Konzentration von 6 bis 12 Gew.-% verwendet. Ferner kann eine Zufuhrrate oder eine Einspritzrate der Schmelze während der Zufuhr der Schmelze verändert werden. Genauer gesagt wird die Zufuhrrate oder die Einspritzrate der Schmelze in einem Bereich von 20 bis 40 cm/s während der Zeitdauer unmittelbar vor der Beendigung des Füllvorgangs der Schmelze in den Hohlraum 28 eingestellt, während die Zufuhrrate oder die Einspritzrate der Schmelze in einem Bereich von 0,5 bis 4 m/s während der Zeitdauer nach dem oben genannten Zeitpunkt unmittelbar vor Beendigung des Füllvorgangs eingestellt wird.
Die 7A zeigt die Zufuhr der Schmelze zum Zeitpunkt unmittelbar nach dem Beginn der Zufuhr. Wie dargestellt, füllt die bei einer niedrigen Rate oder Geschwindigkeit zugeführte Schmelze den Hohlraum 28. Da dabei die Zufuhrrate der Schmelze niedrig ist und der durch die zugeführte Schmelze erzeugte Druck niedrig ist, ist die Schmelze noch nicht in den Formkörper 25 imprägniert worden.
Die 7B zeigt die Zufuhr der Schmelze zu einem Zeitpunkt nach Beendigung des Füllvorgangs der Schmelze in den Hohlraum 28. Da dabei die Zufuhrrate der Schmelze erhöht wird und der durch die Schmelze erzeugte Druck ebenfalls erhöht wird, beginnt die Imprägnierung der Schmelze in den Formkörper 25. Da die Zufuhrrate der Schmelze vor diesem Zeitpunkt niedrig war, ist zu beachten, dass die zugeführte Schmelze damit begonnen hat, sich zu verfestigen, wenn die Temperatur der zugeführten Schmelze mit der Zeit abgenommen hat. Die Si-Konzentrationen in der Schmelze sind nicht uniform und variieren örtlich. Wie in dem binären Phasendiagramm der 3 dargestellt, ist bei einer Si-Konzentration von oder nahe dem eutektischen Punkt von 11,7 Gew.-% der Schmelzpunkt der Al-Si-Legierung niedrig. Somit bleibt eine Schicht oder ein Abschnitt 31 mit einer Si-Konzentration von 8 bis 12 Gew.-% hochflüssig, selbst wenn die Temperatur der Schmelze abnimmt.
Die 7C zeigt die Zufuhr der Schmelze nach dem Zeitpunkt der 7B. Wie oben beschrieben, bleibt bei diesem Punkt nur die Schmelze mit einer Si-Konzentration von 8 bis 12 Gew.-% hochflüssig. Wenn die Schmelze während dieser Zeitdauer bei hoher Geschwindigkeit und hohem Druck dem Hohlraum 28 zugeführt wird, wird somit nur die Schmelze mit einer Si-Konzentration von 8 bis 12 Gew.-% dem Hohlraum 28 zugeführt. Da die Imprägnierung des Formkörpers 25 mit der Schmelze bereits abgeschlossen war, füllt die Schmelze mit einer Si-Konzentration von 8 bis 12 Gew.-% nur den Hohlraum 28, um einen äußeren rohrförmigen Abschnitt 12 der MMC-Zylinderlaufbuchse 10 zu bilden. Somit ergibt sich eine Differenz der Si-Konzentration zwischen dem inneren rohrförmigen Abschnitt 11 und dem äußeren rohrförmigen Abschnitt 12, wodurch die MMC-Zylinderlaufbuchse 10 mit einer Si-Konzentrationsverteilung hergestellt wird, wie sie in der 2 gezeigt ist.
Wie oben beschrieben, sind bei der ersten Ausführungsform die Gussformen so konfiguriert, dass ein Außendurchmesser des Hohlraums 28 von dem ersten Ende auf der Seite der Angussöffnung 29 zum zweiten Ende, das dem ersten Ende gegenüberliegt, allmählich zunimmt. Bei der Herstellung von herkömmlichen MMC-Zylinderlaufbuchsen nahm die Temperatur der Schmelze mit Entfernung von der Angussöffnung 29 ab, wodurch eine Verfestigung der Schmelze während des Füllvorgangs verursacht wurde, was zu einer Ungleichmäßigkeit der Zusammensetzung der Schmelze führen konnte. Gemäß dem Verfahren zur Herstellung der Zylinderlaufbuchse der ersten Ausführungsform vergrößert sich jedoch die Querschnittsfläche des Hohlraums 28. Somit nimmt die Temperatur der Schmelze langsamer als bei der herkömmlichen Vorrichtung ab und die Schmelze wird gleichmäßig in den Hohlraum 28 gefüllt, bevor der Formkörper 25 mit der Schmelze imprägniert wird. Somit kann eine gleichmäßige Zusammensetzung des äußeren rohrförmigen Abschnitts 12 in Längsrichtung der MMC-Zylinderlaufbuchse 10 erreicht werden.
Bei dieser Ausführungsform nimmt die Dicke des Formkörpers 25 von dem ersten Ende auf der Seite der Angussöffnung 29 zum zweiten Ende hin, das dem ersten Ende gegenüberliegt, allmählich zu. Der Formkörper 25, der während des Befüllens mit Schmelze in den Gussformen angeordnet ist, dient als ein Wärmeisolierungsmaterial, um eine Abnahme der Temperatur der Schmelze zu verhindern. Indem der Formkörper 25 dicker gemacht wird, wird der Wärmeisolierungseffekt verbessert, wodurch eine Abnahme der Temperatur der Schmelze an einem von der Angussöffnung entfernten Abschnitt abnimmt. Dadurch wird auch ermöglicht, dass die Zusammensetzung des äußeren rohrförmigen Abschnitts 1 entlang der Längsrichtung der MMC-Zylinderlaufbuchse 10 gleichmäßig ist.
Wie in der 8 gezeigt, wird die MMC-Zylinderlaufbuchse 10, die wie oben beschrieben hergestellt wird, während des Gießens eines Zylinderblocks gegossen, so dass der äußere rohrförmige Abschnitt 12 der MMC-Zylinderlaufbuchse 10 mit einem Hauptkörper 32 des Zylinderblocks verschmolzen wird. Wie oben beschrieben, hat der äußere rohrförmige Abschnitt 12 der MMC-Zylinderlaufbuchse 10 eine untereutektische Zusammensetzung, bei der die Si-Konzentration zwischen ca. 8 und 10 Gew.-% aufweist. Dies verringert den Schmelzpunkt des äußeren rohrförmigen Abschnitts 12. Somit zeigt die MMC-Zylinderlaufbuchse 10 eine hohe Haftfähigkeit bezüglich des Hauptkörpers 32 des Zylinderblocks.
Die MMC-Zylinderlaufbuchse und das Verfahren zur Herstellung einer solchen Zylinderlaufbuchse gemäß der ersten Ausführungsform haben die folgenden Vorteile.

(1) Die MMC-Zylinderlaufbuchse 10 dieser Ausführungsform weist den inneren rohrförmigen Abschnitt 11 und den äußeren rohrförmigen Abschnitt 12 auf, wobei der innere rohrförmige Abschnitt 11 einen Metallmatrix-Verbundwerkstoff enthält, der aus dem mit einer Al-Si-Legierung imprägnierten Formkörper 25 gebildet ist, der Formkörper aus einem Verstärkungsmaterial besteht und der äußere rohrförmige Abschnitt 12 aus einer Al-Si-Legierung gebildet ist. Bei dieser MMC-Zylinderlaufbuchse 10 unterscheidet sich die Si-Konzentration der in den Formkörper 25 des inneren rohrförmigen Abschnitts 11 imprägnierten Al-Si-Legierung von der Si-Konzentration der Al-Si-Legierung des äußeren rohrförmigen Abschnitts 12. Genauer gesagt ist die Si-Konzentration der Al-Si-Legierung des äußeren rohrförmigen Abschnitts 12 auf 8 bis 12 Gew.-% eingestellt, während die Si-Konzentration der in den Formkörper 25 des inneren rohrförmigen Abschnitts 11 imprägnierten Al-Si-Legierung auf 6 bis 10 Gew.-% eingestellt ist, so dass die Al-Si-Legierung des äußeren rohrförmigen Abschnitts 12 eine untereutektische Zusammensetzung mit einem niedrigeren Schmelzpunkt hat. Diese Konfiguration des äußeren rohrförmigen Abschnitts 12 stellt sicher, dass die MMC-Zylinderlaufbuchse 10 beim Gießen bezüglich des Hauptkörpers 32 des Zylinderblocks eine hohe Haftfähigkeit hat. Da ferner der innere rohrförmige Abschnitt 11, der als Gleitfläche für einen Kolben dient, einen niedrigeren Prozentanteil an harten Si-Elementen hat, berührt die Innenumfangsfläche 11 ihren Gegenpart sanft. Dies reduziert den Abrieb eines Kolbenrings oder eines Kolbenmantels, der an dem inneren rohrförmigen Abschnitt 11 gleitet. Somit erfüllt die MMC-Zylinderlaufbuchse 10 der ersten Ausführungsform sowohl die für eine Gleitfläche eines Kolbens notwendigen mechanischen Eigenschaften als auch eine Haftfähigkeit während des Gießens.
(2) Das Verfahren zur Herstellung einer MMC-Zylinderlaufbuchse gemäß der ersten Ausführungsform weist die Schritte auf: Setzen des rohrförmigen Formkörpers 25, der einen generell kreisförmigen Querschnitt hat, über einen Kern 24 mit einem generell zylindrischen Aufbau, wobei der Formkörper aus einem Verstärkungsmaterial besteht und einen Außenumfang hat; Setzen von Gussformen (20 bis 23) um den Außenumfang des Formkörpers 25, um einen rohrförmigen Hohlraum 28 mit einem generell kreisförmigen Querschnitt zu bilden, wobei die zumindest eine Gussform in axialer Richtung der zumindest einen Gussform ein Ende aufweist; und Zuführen von einer geschmolzenen Al-Si-Legierung über eine an oder nahe dem Ende vorgesehenen Angussöffnung 29. In dem Verfahren zur Herstellung der MMC-Zylinderlaufbuchse 10 gemäß der ersten Ausführungsform wird eine Zufuhrrate der Schmelze während einer Zeitdauer von einem Zeitpunkt unmittelbar vor Beendigung des Füllens der Schmelze in den Hohlraum 28 bis zur Beendigung der Imprägnierung des Formkörpers 25 mit der Schmelze höher gesetzt als eine Zufuhrrate der Schmelze unmittelbar vor der Beendigung des Füllvorgangs der Schmelze in den Hohlraum 28. Genauer gesagt wird die Zufuhrrate oder die Einspritzrate der Schmelze unmittelbar vor Beendigung des Füllvorgangs der Schmelze in den Hohlraum 28 von 20 bis 40 cm/s auf 0,5 bis 4 m/s erhöht. Wenn die Zufuhrrate der Schmelze abnimmt, beginnt die Schmelze, sich mit der Zeit zu verfestigen. Wenn die Si-Konzentrationen in der Schmelze nicht gleichmäßig sind und örtlich variieren, beginnt die Verfestigung bei der Schmelze mit dem höheren Schmelzpunkt. Nach Ablauf einer bestimmten Zeitdauer seit Beginn der Schmelzzufuhr bleibt nur die Schmelze mit einem niedrigeren Schmelzpunkt hochflüssig. D. h., dass nur die Schmelze mit einer Si-Konzentration von 8 bis 12 Gew.-% hochflüssig verbleibt. Wenn dabei die Zufuhrrate der Schmelze erhöht wird, wird zur Beibehaltung der Flüssigkeit die Schmelze mit dem niedrigeren Schmelzpunkt den Gussformen zugeführt. Somit führt eine Änderung der Zufuhrraten dazu, dass sich die Si-Konzentration der in den Formkörper 25 des inneren rohrförmigen Abschnitts 11 imprägnierten Schmelze und die Si-Konzentration der dem äußeren rohrförmigen Abschnitt 12 zugeführten Schmelze voneinander unterscheiden. Dann hat der äußere rohrförmige Abschnitt 12 eine untereutektische Zusammensetzung mit einem niedrigeren Schmelzpunkt. In dem Verfahren zur Herstellung der MMC-Zylinderlaufbuchse gemäß der ersten Ausführungsform wird der Schmelzpunkt des äußeren rohrförmigen Abschnitts 12 verringert, um während des Gießens eine Haftfähigkeit sicherzustellen, und die Si-Konzentration des inneren rohrförmigen Abschnitts 11 wird unterschiedlich zu der des äußeren rohrförmigen Abschnitts 12 gemacht, um sowohl die mechanischen Eigenschaften, die für die Innenumfangsfläche der Zylinderlaufbuchse, die als Gleitfläche für einen Kolben dient, als auch die Haftfähigkeit während des Gießens sicherzustellen.
(3) In dem Verfahren zur Herstellung der MMC-Zylinderlaufbuchse gemäß der ersten Ausführungsform wird die Si-Konzentration der den Gussformen zugeführten Schmelze auf 6 bis 10 Gew.-% gesetzt. D. h., während eine Schicht oder ein Abschnitt einer Legierung mit einem niedrigen Schmelzpunkt in dem äußeren rohrförmigen Abschnitt 12 ausgebildet wird, kann die Si-Konzentration der in den Formkörper 25 des inneren rohrförmigen Abschnitts 11 imprägnierten Al-Si-Legierung auf 6 bis 10 Gew.-% gesetzt werden. Dabei enthält der innere rohrförmige Abschnitt 11 eine geringere Menge an harten Si-Elementen und berührt somit ihren Gegenpart sanft, wodurch der Abrieb eines Kolbenrings oder eines Kolbenmantels, der an dem inneren rohrförmigen Abschnitt 11 gleitet, reduziert wird.
(4) In dem Verfahren zur Herstellung der MMC-Zylinderlaufbuchse gemäß der ersten Ausführungsform vergrößert sich der Außendurchmesser des Hohlraums 28 von einem ersten Ende auf der Seite der Angussöffnung 29 zu einem zweiten Ende hin, welches dem ersten Ende gegenüberliegt. Dies verhindert eine Abnahme der Temperatur der Schmelze an einem von der Angussöffnung 29 entfernten Abschnitt. Somit kann die Zusammensetzung des äußeren rohrförmigen Abschnitts 12 entlang der Längsrichtung der MMC-Zylinderlaufbuchse 10 gleichmäßig gehalten werden.
(5) In dem Verfahren zur Herstellung der MMC-Zylinderlaufbuchse gemäß der ersten Ausführungsform wird die Dicke des Formkörpers 25 von dem einen Ende auf der Seite der Angussöffnung 29 zu dem zweiten Ende hin, welches dem ersten Ende gegenüberliegt, allmählich größer. Der während des Füllvorgangs der Schmelze in den Gussformen angeordnete Formkörper 25 dient als ein Wärmeisoliermaterial, um eine Abnahme der Temperatur der Schmelze zu verhindern. Indem der Formkörper 25 dicker gemacht wird, wird der Wärmeisolationseffekt verbessert und dadurch eine Temperaturabnahme der Schmelze an einem von der Angussöffnung 29 entfernten Abschnitt verhindert. Somit kann die Zusammensetzung des äußeren rohrförmigen Abschnitts 12 entlang der Längsrichtung der MMC-Zylinderlaufbuchse 10 gleichmäßig gehalten werden.

Zweite Ausführungsform
Eine MMC-Zylinderlaufbuchse und ein Verfahren zur Herstellung derselben gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die 9 beschrieben, wobei auf die Unterschiede zur ersten Ausführungsform Wert gelegt wird.
Die Form der MMC-Zylinderlaufbuchse der zweiten Ausführungsform gleicht der die der ersten Ausführungsform darin, dass die MMC-Zylinderlaufbuchse der zweiten Ausführungsform ebenfalls einen inneren rohrförmigen Abschnitt 11, der aus einem Metallmatrix-Verbundwerkstoff (MMC) gebildet wird, und einen äußeren rohrförmigen Abschnitt 12, der aus einer Al-Si-Legierung gebildet wird, aufweist, wobei der Metallmatrix-Verbundwerkstoff (MMC) einen Formkörper enthält, der aus einem mit einer Al-Si-Legierung imprägnierten Verstärkungsmaterial besteht. Die MMC-Zylinderlaufbuchse 10 der zweiten Ausführungsform gleicht ebenfalls der ersten Ausführungsform darin, dass der Außendurchmesser des äußeren rohrförmigen Abschnitts 12 in seiner Längsrichtung von einem Ende zum anderen Ende hin allmählich abnimmt und die Dicke des inneren rohrförmigen Abschnitts 11 ebenfalls in seiner Längsrichtung von einem zum anderen Ende abnimmt. Jedoch unterscheidet sich bei der MMC-Zylinderlaufbuchse der zweiten Ausführungsform die Verteilung der Si-Konzentration von der bei der ersten Ausführungsform.
9 zeigt eine Verteilung der Si-Konzentration der MMC-Zylinderlaufbuchse gemäß der zweiten Ausführungsform. Die Messung der Si-Konzentration wurde auf dieselbe Weise wie in der 2 durchgeführt. Die Verteilung der Si-Konzentration dieser Zeichnung wurde an dem Querschnitt der MMC-Zylinderlaufbuchse der zweiten Ausführungsform entlang einer der Linie II-II der 1 entsprechenden Linie vorgenommen. Wie dargestellt, liegt die Si-Konzentration der in das Verstärkungsmaterial des inneren rohrförmigen Abschnitts imprägnierten Al-Si-Legierung bei etwa 14 Gew.-%, während die Si-Konzentration der Al-Si-Legierung, die den äußeren rohrförmigen Abschnitt bildet, zwischen etwa 8 und 12 Gew.-% liegt und zum Außendurchmesser der Zylinderlaufbuchse hin abnimmt. Wie aus dem Diagramm der 3 klar ersichtlich ist, ist der Schmelzpunkt der untereutektischen Al-Si-Legierung, die eine Si-Konzentration von 8 bis 12 Gew.-% in dem äußeren rohrförmigen Abschnitt 12 hat, niedriger als der der Al-Si-Legierung, die eine Si-Konzentration von 14 Gew.-% hat, die in den inneren rohrförmigen Abschnitt 11 imprägniert ist.
Das Verfahren zur Herstellung der MMC-Zylinderlaufbuchse der zweiten Ausführungsform ist im Wesentlichen dasselbe wie das der ersten Ausführungsform mit Ausnahme, dass die den Gussformen als Schmelze zugeführte Al-Si-Legierung in der zweiten Ausführungsform eine Si-Konzentration von 12 bis 16 Gew.-% hat.
Die Zufuhrrate oder die Einspritzrate der Schmelze wird auf 20 bis 40 cm/s während einer Zeitdauer vom Beginn der Zufuhr der Schmelze bis unmittelbar vor Beendigung des Füllvorgangs der Schmelze in den Hohlraum gesetzt, während die Zufuhrrate oder die Einspritzrate der Schmelze während der Zeitdauer von dem Zeitpunkt unmittelbar vor Beendigung des Füllvorgangs der Schmelze bis zur Beendigung der Imprägnierung des Formkörpers 25 mit der Schmelze auf 0,5 bis 4 m/s gesetzt wird. Wiederum beginnt die Schmelze mit Verstreichen der Zeit vom Beginn der Zufuhr der Schmelze sich zu verfestigen, jedoch verbleibt dabei eine Schicht mit einer Si-Konzentration von 8 bis 12 Gew.-% hochflüssig. Somit kann durch Erhöhen der Geschwindigkeit der Schmelzzufuhr unmittelbar vor Beendigung des Befüllens des Hohlraums die Schmelze mit einer Si-Konzentration von 8 bis 12 Gew.-% unter Druck dem Hohlraum zugeführt werden, wodurch ein äußerer rohrförmiger Abschnitt mit einer untereutektischen Zusammensetzung hergestellt wird. Dabei liegt die Si-Konzentration der in den Formkörper imprägnierten Schmelze zwischen 12 und 16 Gew.-%. Somit wird eine MMC-Zylinderlaufbuchse mit einer wie in der 9 dargestellten Si-Konzentrationsverteilung hergestellt.
Die MMC-Zylinderlaufbuchse und das Verfahren zur Herstellung derselben gemäß der zweiten Ausführungsform haben zusätzlich zu den zuvor genannten Vorteilen (2), (4) und (5) die folgenden Vorteile.

(6) Bei dieser Ausführungsform wird die Si-Konzentration der Al-Si-Legierung des äußeren rohrförmigen Abschnitts auf 8 bis 12 Gew.-% gesetzt, wohingegen die Si-Konzentration der in den Formkörper des inneren rohrförmigen Abschnitts imprägnierten Al-Si-Legierung auf 12 bis 16 Gew.-% gesetzt wird, so dass die Al-Si-Legierung des äußeren rohrförmigen Abschnitts eine untereutektische Zusammensetzung mit einem niedrigen Schmelzpunkt hat. Bei dieser MMC-Zylinderlaufbuchse wird eine hohe Haftfähigkeit der Zylinderlaufbuchse an dem Körper des Zylinderblocks sichergestellt, da der äußere rohrförmige Abschnitt eine untereutektische Zusammensetzung mit einem niedrigen Schmelzpunkt hat. Da ferner die Si-Konzentration des inneren rohrförmigen Abschnitts, der als eine Gleitfläche für einen Kolben dient, so hoch wie 12 bis 16 Gew.-% ist, wird die Festigkeit der Legierung verbessert, wodurch das zu verwendende Verstärkungsmaterial verringert wird.
(7) In dem Verfahren zur Herstellung der MMC-Zylinderlaufbuchse gemäß dieser Ausführungsform wird die Si-Konzentration der den Gussformen zugeführten Schmelze auf 12 bis 16 Gew.-% gesetzt. Während somit eine Schicht einer Legierung mit einem niedrigen Schmelzpunkt als äußerer rohrförmiger Abschnitt ausgebildet wird, kann der Formkörper des mit einer Al-Si-Legierung mit einer Si-Konzentration von 12 bis 16 Gew.-% imprägnierten Verstärkungsmaterials als der innere rohrförmige Abschnitt ausgebildet werden. Dabei wird aufgrund der größeren Menge an Si-Elementen in der Legierung die Festigkeit der Legierung verbessert, wodurch das zu verwendende Verstärkungsmaterial verringert wird.

Die obigen Ausführungsformen können wie folgt verändert werden.
Bei den obigen Ausführungsformen nimmt der Außendurchmesser des Hohlraums 28 von dem ersten Ende auf der Seite der Angussöffnung 29 zu dem zweiten Ende, das dem ersten Ende gegenüberliegt, allmählich zu und die Dicke des Formkörpers 25 nimmt von dem ersten Ende auf der Seite der Angussöffnung 29 zu dem zweiten Ende, das dem ersten Ende gegenüberliegt, allmählich zu, so dass eine Temperaturabnahme der Schmelze an einem von der Angussöffnung 29 entfernten Abschnitt verhindert wird, wodurch die Zusammensetzung gleichmäßig gehalten wird. Jedoch ist der Aufbau des Hohlraums 28 oder des Formkörpers 25 nicht als solcher begrenzt und diese Teile können jeden Aufbau realisieren, solange eine Abnahme der Temperatur der Schmelze an einem von der Angussöffnung 29 entfernten Abschnitt durch irgendein Verfahren, wie z. B. das Aufheizen der Gussformen, ausgeglichen werden kann.
In den obigen Ausführungsformen wird die Zufuhrrate oder die Einspritzrate der Schmelze während einer Zeitdauer bis unmittelbar vor Beendigung des Befüllens des Hohlraums 28 mit Schmelze auf 20 bis 40 cm/s eingestellt, während die Zufuhrrate oder die Einspritzrate der Schmelze während einer Zeitdauer von unmittelbar vor der Beendigung des Füllvorgangs der Schmelze bis zur Beendigung der Imprägnierung des Formkörpers 25 mit Schmelze auf 0,5 bis 4 m/s eingestellt wird. Jedoch kann die Zufuhrrate der Schmelze während einer Zeitdauer bis unmittelbar vor Beendigung des Befüllens des Hohlraums 28 mit Schmelze verzögert werden, solange die Schmelze in einem solchen Ausmaß gekühlt wird, dass zum Zeitpunkt der Beendigung des Füllvorgangs der Schmelze nur eine Schicht der Schmelze mit einer Si-Konzentration von 8 bis 12 Gew.-% hochflüssig verbleibt. Ferner kann die Zufuhrrate während einer Zeitdauer von unmittelbar vor Beendigung des Füllvorgangs der Schmelze bis zur Beendigung der Imprägnierung des Formkörpers 25 mit Schmelze auf irgendeinen Wert gesetzt werden, solange eine Schicht der Schmelze mit einer Si-Konzentration von 8 bis 12 Gew.-% dem Hohlraum 28 zugeführt wird.
Ein Verfahren zum Messen einer Si-Konzentration mit einem SEM, verbunden mit einem Röntgenanalysator, ist eine bekannte Technik. Jedoch ist das Verfahren für die Messung der Si-Konzentration nicht auf das in den obigen Ausführungsformen beschriebene Verfahren begrenzt, sondern kann mit irgendeiner anderen kommerziell verfügbaren Vorrichtung gemessen werden.
In den obigen Ausführungsformen wird zum Gießen der MMC-Zylinderlaufbuchse eine Gussvorrichtung mit vier Gussformen, d. h. einer festen Gussform 20, seitlich beweglichen Gussformen 21, 22 und einer beweglichen Kerngussform 23, verwendet. Jedoch ist die Konfiguration der Gussformen der Gussvorrichtung nicht auf diese Konfiguration beschränkt und kann auf geeignete Weise abgeändert werde.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 11-222638 A [0004, 0004, 0007]
JP 2007-508147 A [0004]
JP 2003-181620 A [0004, 0004, 0007]
JP 06-170515 A [0004, 0005]
JP 03-003539 [0004]

Claims

MMC-Zylinderlaufbuchse, welche aufweist: einen inneren rohrförmigen Abschnitt, der einen Metallmatrix-Verbundwerkstoff aufweist, der aus einem mit einer Al-Si-Legierung imprägnierten Formkörper gebildet ist, wobei der Formkörper aus einem Verstärkungsmaterial besteht; und einen äußeren rohrförmigen Abschnitt, der aus einer Al-Si-Legierung gebildet ist; wobei sich eine Si-Konzentration der in den Formkörper des inneren rohrförmigen Abschnitts imprägnierten Al-Si-Legierung von einer Si-Konzentration der Al-Si-Legierung des äußeren rohrförmigen Abschnitts unterscheidet.
MMC-Zylinderlaufbuchse nach Anspruch 1, wobei die Si-Konzentration der Al-Si-Legierung in dem äußeren rohrförmigen Abschnitt so festgelegt ist, dass die Al-Si-Legierung des äußeren rohrförmigen Abschnitts eine untereutektische Zusammensetzung hat.
MMC-Zylinderlaufbuchse nach Anspruch 1, wobei die Si-Konzentration der Al-Si-Legierung in dem äußeren rohrförmigen Abschnitt zwischen 8 und 12 Gew.-% liegt.
MMC-Zylinderlaufbuchse nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Si-Konzentration der in den Formkörper des inneren rohrförmigen Abschnitts imprägnierten Al-Si-Legierung zwischen 6 und 10 Gew.-% liegt.
MMC-Zylinderlaufbuchse nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Si-Konzentration der in den Formkörper des inneren rohrförmigen Abschnitts imprägnierten Al-Si-Legierung zwischen 12 und 16 Gew.-% liegt.
MMC-Zylinderlaufbuchse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die MMC-Zylinderlaufbuchse hergestellt wird, indem während des Gießens der Al-Si-Legierung eine Zufuhrrate einer geschmolzenen Al-Si-Legierung unmittelbar vor Beendigung des Befüllens eines Hohlraums von zumindest einer Gussform mit geschmolzener Al-Si-Legierung erhöht wird.
MMC-Zylinderlaufbuchse nach Anspruch 6, wobei die Zufuhrrate vor der Erhöhung der Zufuhrrate auf 20 bis 40 cm/s und nach der Erhöhung auf 0,5 bis 4 m/s gesetzt wird.
Verfahren zur Herstellung einer MMC-Zylinderlaufbuchse, die einen inneren rohrförmigen Abschnitt, der einen Metallmatrix-Verbundwerkstoff aufweist, der aus einem mit einer Al-Si-Legierung imprägnierten Formkörper gebildet ist, der aus einem Verstärkungsmaterial besteht, und einen äußeren rohrförmigen Abschnitt, der aus einer Al-Si-Legierung gebildet ist, aufweist, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Setzen eines rohrförmigen Formkörpers mit einem generell kreisförmigen Querschnitt über einen Kern mit einem generell zylindrischen Aufbau, wobei der Formkörper aus einem Verstärkungsmaterial besteht und einen Außenumfang hat; Vorsehen von zumindest einer Gussform um den Außenumfang des Formkörpers, um einen rohrförmigen Hohlraum mit einem generell kreisförmigen Querschnitt zu bilden, wobei die zumindest eine Gussform in axialer Richtung der zumindest einen Gussform ein Ende aufweist; Zuführen von einer geschmolzenen Al-Si-Legierung über eine Angussöffnung, die sich am oder nahe dem Ende befindet; und Erhöhen einer Zufuhrrate der geschmolzenen Al-Si-Legierung unmittelbar vor Beendigung des Befüllens des Hohlraums mit der geschmolzenen Al-Si-Legierung.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Zufuhrrate vor der Erhöhung der Zufuhrrate auf 20 bis 40 cm/s und nach der Erhöhung auf 0,5 bis 4 m/s gesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Si-Konzentration der geschmolzener Al-Si-Legierung zwischen 6 und 12 Gew.-% liegt.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Si-Konzentration der geschmolzenen Al-Si-Legierung zwischen 12 und 16 Gew.-% liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei der Hohlraum ein erstes Ende auf der Seite der Angussöffnung und ein zweites Ende, das dem ersten Ende gegenüberliegt, aufweist, wobei ein Außendurchmesser des Hohlraums von dem ersten Ende zu dem zweiten Ende des Hohlraums hin allmählich zunimmt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei der Formkörper ein erstes Ende auf der Seite der Angussöffnung und ein zweites Ende, das dem ersten Ende gegenüberliegt, aufweist, wobei die Dicke des Formkörpers von dem ersten Ende zum zweiten Ende des Formkörpers hin zunimmt.