DE1433914B2

DE1433914B2 -

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Publication number: DE1433914B2
Application number: DE19641433914
Authority: DE
Priority date: 1963-03-06
Filing date: 1964-03-04
Publication date: 1970-09-10
Also published as: LU45079A1; US3359615A; DE1433914A1; CH418060A; SE300673B; GB1006814A

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstel- gußkörper fest auf den Zylinder aus dem Schutz-

lung von aus Aluminiumgußkörpern bestehenden Zy- Überzug aufpressen. Obgleich nun die transplan-

lindergehäusen für Rotationskolbenmaschinen, die tierte Zylinderlaufbüchse im Zylinder bei den nor-

auf der Zylinderinnenwändung eine Schutzschicht aus malerweise bei Hubkolbenmotoren auftretenden Be-

einem Metall mit höherem Schmelzpunkt als dem- 5 triebstemperaturen eine genügend feste Verbindung

jenigen des Aluminiums aufweisen, durch Aufspritzen mit dem Aluminium aufweist, mußte bei Versuchen

einer Lage der Schutzschicht auf den Formkern und mit Rotationskolbenmaschinen festgestellt werden,

Druckgießen des Aluminiumgußkörpers um die daß dies bei den hohen Betriebstemperaturen der

Schutzschicht herum. Rotationskolbenmaschinen nicht mehr der Fall ist.

Insbesondere betrifft die Erfindung die Herstellung io Die Eigenspannungen des Aluminiums, welche zu von Trochoidzylindergehäusen von Wankel-Moto- dem festen Verbund der Schutzschicht mit dem Aluren, deren Wandungen, extrem hohen örtlichen Tem- minium maßgeblich, beitragen, werden durch diese peraturen und Schubbeansprachungen ausgesetzt hohen Betriebstemperaturen, welche das Aluminium sind. -Bei Rotationskblben-Verbrennungsmaschinen ohne die Schutzschicht ohne weiteres zum.Fließen dieser Art tritt die Verbrennung ständig an einem 15 bringen würden, praktisch fast ganz aufgehoben, bestimmten Bereich des Gehäuses auf, der niemals Hierzu kommt der Effekt, daß infolge der um ein von kühlenden Gasen -zwischen den Takten bestri- Vielfaches höheren Drehgeschwindigkeiten der Rotachen wird, wie dies bei Hubkolben-Verbrennungs- tionskolbenmotoren die durch die Fliehkraft an die maschinen der Fall ist.^! Bei den hohen Drehzahlen Zylinderwandung angedrückten Dichtungen eine wevon Rotationskolbenmaschinen findet an der Ver- ao sentlich höhere Schubkraft auf die Zylinderwandung brennungsstelle praktisch ein ständiger Wärmeüber- ausüben als bei Hubkolbenmotoren. Anscheinend gang auf die Gehäusewandung statt, da hier der Zy- wird auch durch die Aufhebung der Eigenspannung linder nicht zwischen den Arbeitshüben gespült des Aluminiums durch die hohe Betriebstemperatur und gekühlt wird, wie dies bei Hubkolbenmaschi- der innige Verbund zwischen dem Schutzüberzug nen, z. B. Viertakt-Verbrennungsmaschinen, der 25 und dem Aluminiumgußkörper doch so weit aufgeho-FaIl ist. ben, daß der Wärmeübergang an der Verbindungsstelle

Der Vorgang der Wärmeabführung bei Hubkolben- verschlechtert wird, was zu einer weiteren Erhitzung

maschinen wird durch das eingangs geschilderte ^; .der Zylinderwandung führt, welche an den Stellen

und bekannte (Zeitschrift »Aluminium«, 38 [1962], ■ erhöhter Rotationsgeschwindigkeit des Drehkolbens

8; S. 520 bis 527) Verfahren beherrscht. Mit diesem 30 noch durch Reibungshitze vermehrt wird, wodurch

Verfahren wird eine" gute Verbindung zwischen einer sich das Ganze weiter aufschaukelt. Praktische Ver-

die Zylinderlaufbüchse bildenden Schutzschicht und suche haben ergeben,-daß die normalen durch Trans-

dem diese umgebenden und den restlichen Zylinder plant-Verfahren hergestellten Zylinderlaufbüchsen

bildenden Gußkörper aus Aluminium erzielt. Die diesen hohen Beanspruchungen nicht mehr gewach-

nach diesem Verfahren hergestellten Zylindergehäuse 35 sen sind.

weisen sowohl eine gute Wärmeleitfähigkeit des aus Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher,

Aluminium bestehenden Zylinderblockes als auch ein Verfahren zu schaffen, mit welchem der Guß von

eine hohe Widerstandsfähigkeit und Verschleißfestig- Zylindergehäusen möglich wird, die den hohen ther-

keit der Zylinderlaufbüchse auf. mischen und mechanischen Beanspruchungen bei

Es mußte jedoch festgestellt werden, daß nach 40 Drehkolbenmaschinen gewachsen sind,
diesem bekannten Verfahren hergestellte Zylinder- Die bekannte, dem Fachmann zur Verfügung gehäuse für Drehkolbenmaschinen den bei. diesen stehende Maßnahme, den Schutzüberzug beim Transauftretenden hohen thermischen und mechanischen plantverfahren dicker zu wählen, um ihm gegenüber Beanspruchungen der Zylinderwand nicht gewachsen den Druck- und Schubbeansprachungen durch den sind. Bei den genannten thermischen und mecha- 45 Rotationskolben die erforderliche Festigkeit zu geben nischen Beanspruchungen der Zylinder von Rota- und auch einen genügend großen Temperaturabtionskolbenmaschinen, insbesondere von Trochoid- fall von der Innenoberfläche bis zu der Verbundstelle zylindergehäusen, handelt es sich um lokal auftre- zu erreichen, hat den Nachteil, daß das Zylindergetende, besonders hohe Schubkräfte und Überhitzun- häuse wegen des größeren Verbrauchs an hochwergen. Die Schubkräfte entstehen durch örtlich wech- 50 tigern Material für den Schutzüberzug wesentlich selnde Beschleunigungen des Rotationskolbens; das teuerer wird.

Überhitzungsproblem tritt ganz allgemein durch die Es ist bereits ein Verfahren zur Herstellung eines bei Rotationskolbenmaschinen wesentlich erhöhten Kotflügels bekannt (deutsche Patentschrift 621 683), Betriebstemperaturen gegenüber Hubkolbenmaschi- bei welchem ein Drahtgitter auf einer Form angenen und insbesondere an den Stellen auf, welche 55 bracht und mit einem Metall überspritzt wird. Nach durch die erhöhten Reibungskräfte sowieso schon dem Überspritzen wird der Gegenstand von der Form mechanisch stärker auf Schub beansprucht sind. . genommen und als Fertigprodukt verwendet. Bei die-Bei dem bekannten Verfahren zur Herstellung von sem Verfahren handelt es sich nicht um ein Druckaus Aluminiumgußkörpern bestehenden Zylinderge- gußverfahren, und es lassen sich mit ihm keine Zyhäusen (Transplantverfahren) wird die Verbindung 60 linderlaufbüchsen herstellen, da es an einer genügendes Aluminiums mit dem Metall des Schutzüberzuges den Materialdichte fehlt, um die für Zylinderlaufeinmal durch das Eindringen des Aluminiums in Un- büchsen unbedingt notwendige Maßgenauigkeit soebenheiten an der Oberfläche des Schutzüberzuges, wie Oberflächenglätte zu erzielen. Eine Übertragung vorwiegend aber dadurch bewirkt, daß infolge der der Maßnahme des Einbettens eines Metallgitters unterschiedlichen Wärmeausdehnung des Alumini- 65 auf das Druckgußverfahren sieht sich dem Problem ums und des den Schutzüberzug bildenden Metalls gegenüber, wie ein solches Metallgitter in der Druck-Eigenspannungen bei dem Schrupfen des Alumini- gußform angebracht werden muß, damit zwischen ihm ums hervorgerufen werden, welche den Aluminium- und dem Formkern genügend Raum bleibt, um an

jeder Stelle eine Schutzschicht ausreichender Dicke zu gewährleisten.

Es ist auch bereits ein Verfahren zur Herstellung von verschleißfesten Blasversatzrohren bekannt, bei welchem um den Kern des Rohres die die Rohrinnenfläche vor Verschleiß schützende Schicht aus körnigem Material angeordnet und durch Kleben an dem Kern befestigt wird, worauf als Haltevorrichtung für die Schutzschicht ein Gitter um diese. gelegt wird,

den Formkern aufgebrachte erste Schutzschicht Draht als Verstärkungselement aufgewickelt wird. ';

Eine besonders vorteilhafte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekenrizeich-■5 net, daß auf den Formkern eine erste Schutzschicht aus einer Eisenlegierung aufgespritzt wird und daß die Verstärkungselemente vor dem Auflegen magnetic siert werden. Die Zeichnungen zeigen in

F i g. 1 einen Vertikalschnitt durch einen Teil einer

welches mit Nägeln an dem Formkern befestigt wird. io Druckgußmaschine mit eingesetzten Gießformen vor

Nach dem Guß verbleibt das Gitter mit der Schutz- dem Einspritzen des Metalls,

schicht in der Rohrwandung. Dieses Verfahren, Ver- F i g. 2 einen Querschnitt durch ein erfindungsgestärkungen in ein Gußstück einzubetten, verlangt bei maß hergestelltes Trochoidgehäuse, einer eventuellen Übertragung auf das Druckgußver- F i g. 3 einen Querschnitt durch die Wandung eines fahren wiederum die Lösung des Problems, wie die 15 Zylinders, welcher nach einer abgeänderten Aus-Verstärkungselemente auf dem Kern befestigt wer- führungsform der Erfindung hergestellt wurde, den sollen. " F i g. 4 eine Ausführungsform eines Verstärkungs-.Es ist auch ein Verfahren zur Herstellung einer elementes, ■ Form bekannt (deutsche Patentschrift 722 114), bei Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines die aufweichem auf eine positive Holz- oder Gipsform eine 20 gespritzte Schutzschicht mit den Verstärkungselemen-Schicht aus einem niedrig schmelzenden Metall, ten tragenden Kerns vor dem Einsetzen in die Druck¹ z.B. Zinn, aufgebracht, darauf eine weitere ein Me- gußmaschine, —^;; ·■'■ tallgitter enthaltende Schicht gelegt und schließlich F i g. 6 einen Querschnitt durch ein erfindungsgeeine hochschmelzende Stahlverbindung aufgebracht maß hergestelltes Zylindergehäuse mit «lediglich im wird. Auch aus dieser Literaturstelle läßt sich kein 25 Brennkammerbereich angeordneten Verstärkungsele-Hinweis auf eine eventuelle Durchführung des mentenund ■ .; ■ ί. .> hier geschilderten Verfahrens im Druckguß ge- Fig. 7 einen Schnitt längs der Achse 7-7 inF ig/6. winnen. Das Trochoidgehäuse 10 weist Kühlrippen 11 auf,

Insgesamt läßt -sich. aus der ,Zusammenschau der welche mit ihm einstückig und in jeweils geeigneter bekannten Verfahren keine Lösung der erfindungsge- 30 Form und Abmessung ausgebildet sind. Bei Wassefmäß gestellten Aufgabe gewinnen. Aus ihnen erfährt kühlung sind statt der Rippen entsprechende Wasser¹ der Fachmann lediglich, daß durch Einbettung von mantel vorgesehen. Der Kopf des Gehäuses 10 weist Verstärkungselementen größerer Festigkeit in Guß- als Sitz für eine Zündkerze oder erne Brennstoffeinkörper aus Material geringerer Festigkeit eine Verstär- spritzdüse einen radialen Ansatz 12 auf. Bei Drehung kung des gesamten Gußkörpers erzielbar ist. Im vor- 35 des Rotationskolbens im Uhrzeigersinn erfolgt die liegenden Fall liefert jedoch eine nach dieser Lehre Verbrennung in dem unmittelbar vor der Zündkerze vorgenommene Einbettung als solche in die hochverschleißfeste Schutzschicht eines nach dem bekannten Transplantverfahren hergestellten Aluminiumzylinders keine Verbesserung der Festigkeit der 40 90° gegeneinander versetzt.

Schutzschicht, die aus viel hochwertigerem Material F i g. 1 zeigt eine Druckgußform zur Herstellung besteht als die Verstärkungselemente, und keine Verbesserung der Wärmeabfuhr, lediglich eine Materialersparnis. Nicht gelöst wird damit das Problem, den

Verbund von Schutzschicht und Aluminium gegen 45 11 auf. Ein Stempel 17 drückt das Metall aus einer

Schubbeanspruchungen zu sichern. Kammer 18 durch eine geeignete öffnung 19 in die

Diese Aufgabe wird aber gelöst durch ein Verfah- Druckgußform. Der Formkern 20 ist entfernbar in ren der eingangs genannten Art, welches erfindungs- eines der Formteile, im vorliegenden Fall in den gemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß auf die auf Boden 14 eingesetzt und wird dort durch einen Anden Formkern aufgespritzte Schutzschicht in an sich 50 satz 21 gehalten, welcher in eine Ausnehmung 22 in bekannter Weise Verstärkungselemente aufgelegt und dem Boden der Form paßt. Die schematisch dargediese Verstärkungselemente durch Aufspritzen einer
weiteren Lage der Schutzschicht fixiert werden.

Durch diese Maßnahme werden an der Verbundstelle zwischen Aluminium und Schutzschicht Vor- 55 kern 20 eine Schutzschicht aus einem Metall aufge-

sprünge der Transplant-Schutzschicht in dem Alu- spritzt, dessen Schmelzpunkt über dem des Alumini-

miniumgußkörper geschaffen, welche die Schutz- ums liegt. Beim Niederschlag auf dem Formkern

schicht fest in dem Aluminium verankern und zu den ~ durch das Metallspritzverfahren besteht die Schutz-

durch die Porosität des Schutzüberzuges hervorge- schicht, vorzugsweise eine Eisenlegierung, nicht nur rufenen Verzahnungen hinzutreten. An den mecha- 60 aus Eisenmetall, sondern auch aus Eisenoxyden. Die

nisch geringer beanspruchten Stellen der Zylinder- Schutzschicht 24 kann in manchen Fällen auch aus

wand weist die Transplant-Schutzschicht ihre nor- Messing oder einer anderen kupferhaltigen Legie-

male Dicke auf, wodurch sich die gute Wärmeleit- rung bestehen, vor allem dann, wenn die Innenwan-

fähigkeit des Aluminiums voll auswirken und einen dung des Zylindergehäuses elektroplattiert werden Wärmestau an den verstärkten Stellen verhindern 65 soll.

oder Einspritzdüse 12 liegenden Bereich. Die nicht dargestellten Ein- und Auslaßkanäle befinden sich iii den Seitenplatten der Brennkammer und sind um

eines Zylindergehäuses für eine Rotationskolbenmaschine. Sie weist einen Deckel 13, einen Boden 14 und Seitenkerne 15 und 16 zur Erzeugung der Rippen

stellten Auswerf stifte 23 dienen zur Entnahme des fertigen Gußstückes.

Erfindungsgemäß wird zunächst auf den Form

kann.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß auf die auf

Nach dem Aufspritzen einer ersten Lage der Schutzschicht 24 auf den Formkern werden auf diesem Verstärkungselemente 25 oder 26 aufgelegt. Die

Nach dem Fixieren der Verstärkungselemehte auf dem Formkern 20 durch das Metallspritzverfahren wird der Kern in die Form eingesetzt, der Druckguß vorgenommen und das fertige Gußteil entnommen. 5 Die Schutzschicht 24 überpflanzt sich vom Kern 20 und bildet die Innenwandung des Zylindergehäuses 10. Durch die Anordnung der Verstärkungselemente wird außer den bereits geschilderten Vorteilen der vorteilhafte Effekt erzielt, daß während des Druck-

yerstärkungselemente können die verschiedensten Profilquerschnitte, z.B. Winkeleisenform, Schienenfprm, T-Profil-Form, U-Profil-Form usw., aufweisen. Fig. 2 zeigt verschiedene Möglichkeiten der Profilform.

;,. Das Aufbringen der Verstärkungselemente auf den die,erste Lage der Schutzschicht 24 tragenden Formkern 20 kann auch in der Weise geschehen (F i g. 3), daß Draht 26 um den Formkern gewickelt wird. In

diesem',Fall kann der Verstärkungsdraht um den io gusses Wärme aus dem Gießbereich abgeleitet wird, Formkern 20 gewickelt werden, während er sich noch in welchem die Verstärkungselemente eingebettet in der_:;Überzugsmaschine befindet. Der Draht besteht sind, wodurch der Guß in diesem Bereich besonders vorzugsweise aus einer Eisenlegierung. hochwertig wird. ' .

::.■■..Eine weitere Variante des Aufbringens der Ver- In übrigen bewirken die Verstärkungselemente eine

Stärkungselemente kann darin bestehen, daß eine ge- 15 ausgezeichnete Verankerung der Schutzschicht in dem wellte Schicht aus Streckmetall oder einem gelochten Aluminiumgußkörper und damit eine hohe und ausMetall (Fig. 5 und 7) aufgebracht wird. Als Ver- reichende Festigkeit gegenüber den Schubbeansprüstärkungselement dient hier das gewellte und ge- chungen durch den Rotationskolben. Andererseits lochte Streckmetall 26. ist an den mechanisch nicht so stark beanspruchten

. -Die; Fixierung der Verstärkungselemente auf der 20 Stellen die Schutzschicht so dünn, daß die ausgezeichden Formkern bedeckenden ersten Lage der Schutz- nete Wärmeleitfähigkeit des Aluminiums voll'.zur schicht erfolgt durch Aufbringen einer weiteren Geltung kommt und dazu beiträgt, Wärmestauungen dünnen Lage der Schutzschicht mittels des Metall- in den mechanisch und thermisch besonders-beanspritzverfahrens. Ist die erste Lage der Schutzschicht spruchten Bereichen zu vermeiden. Natürlich wird beispielsweise 0,5 mm dick, so braucht im Vergleich 25 auch die Festigkeit des ZylindergehäuSes insgesamt dazu die zweite Lage nur wenige hundertstel MiIIi- durch die Verstärkungselemente außerordentlich vermeter dick zu sein, um die Verstärkungselemente auf bessert. "

dem Formkern zu fixieren. Diese zweite Lage der . ..::

Schutzschicht braucht nur so dick zu sein, daß die Verstärkungselemente für den Druckguß vorübergehend verankert sind. Besteht die Gefahr, daß die Verstärkungselemente infolge ihrer besonderen Anordnung zur Eingußöffnung von dem Druck des eintretenden Metalls verschoben werden können, so muß die Dicke der zweiten Lage der Schutzschicht stärker gewählt -werden. Die zweite Lage kann die gleiche Zusammensetzung wie die erste Lage der Schutzschicht haben; es kann sich aber auch um ein Metall anderer Zusammensetzung handeln.

Bestehen die Verstärkungselemente aus einer Eisenlegierung, so können sie vor dem Aufbringen auf: die erste Lage der Schutzschicht magnetisiert werden, damit sie vorübergehend an der ersten Lage der Schutzschicht 24 haften. Die Gefahr eines Verrutschens der Verstärkungselemente bei dem anschließenden Metallaufspritzen der zweiten Lage wird damit beseitigt. . . ■

; Dient ein gewelltes und gelochtes Streckmetall 26 als Verstärkungselement (Fig. 5 und 7), so wird dieses bei dem Aufspritzen der zweiten Lage von dieser nicht vollständig bedeckt. Man läßt das Streckmetall teilweise frei liegen, so daß das aufgespritzte Metall die Verstärkungselemente nur teilweise einbettet! (F i g. 7). Die Verstärkung nach dieser Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens eignet sich besonders für örtliche Bereiche.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von aus Aluminiumgußkörpern bestehenden Zylindergehäusen für Rotationskolbenmaschinen, die auf der Zylinderinnenwandung eine Schutzschicht aus einem Metall mit höherem Schmelzpunkt als demjenigen des Aluminiums aufweisen, durch Aufspritzen einer Lage der Schutzschicht auf den Formkern und Druckgießen des Aluminiumgußkörpers um die Schutzschicht herum, dadurchgeke ri'azeichnet, daß auf die auf den Formkern (20) aufgespritzte Schutzschicht (24) in an sich bekannter Weise Verstärkungselemente (25, 26) aufgelegt und diese Verstärkungselemente durch Aufspritzen einer weiteren Lage der Schutzschicht fixiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf die auf den Formkern (20) aufgebrachte erste Schutzschicht Draht (26) als Verstärkungselement aufgewickelt wird.

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3. Verfahren nach Anspruch· 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Formkern (20) eine erste Schutzschicht (24) aus einer Eisenlegierung aufgespritzt wird und daß die Verstärkungselemente (25,26) vor dem Auflegen magnetisiert werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen