DE19605946C1 - Zylinderlaufbuchse für Verbrennungskraftmaschinen und ihr Herstellungsverfahren - Google Patents

Zylinderlaufbuchse für Verbrennungskraftmaschinen und ihr Herstellungsverfahren

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Zylinderlaufbuchse für Verbrennungskraftmaschinen durch thermisches Aufspritzen von Spritzmaterial, sowie eine nach dem Verfahren hergestellte Zylinderlaufbuchse.
Bei Verbrennungskraftmaschinen mit einem Motorblock aus Gußeisen- oder Aluminiumlegierungen ist es vielfach üblich, in die Zylinderbohrungen des Motorblocks Zylinderlaufbuchsen einzusetzen. Die Buchsen bestehen aus zylindrischen Rohrabschnitten und begrenzen im Motor mit ihren Innenflächen den Brennraum der Verbrennungskammer, wobei die Innenflächen gleichzeitig als Laufflächen für die Kolbenringe dienen. Entsprechend der hohen Verschleißbelastung werden als Laufbuchsenwerkstoffe verschleißfeste Gußeisen- oder Stahllegierungen oder auch Sinterwerkstoffe verwendet. Die Laufflächen der Buchsen müssen zusätzlich aufwendig spanabhebend bearbeitet werden, und gegebenenfalls sind die Laufflächen mit verschleißfesten Beschichtungen versehen.
Die Herstellung solcher Zylinderlaufbuchsen ist in der Praxis dadurch aufwendig und kostspielig. Zusätzlich können im Gußverfahren und Sinterverfahren Zylinderlaufbuchsen nur innerhalb begrenzter Abmessungsbereiche hergestellt werden. Insbesondere dünnwandige Zylinderlaufbuchsen, die vor allem für moderne PKW-Motoren mit Motorblöcken aus Aluminiumlegierungen zur Leistungsoptimierung benötigt werden, können nach den bisherigen Verfahren nicht oder nur sehr aufwendig hergestellt werden.
Aus der DE-PS 12 82 243 ist ein Verfahren zum Herstellen von Aluminiumzylindern mit eingegossenen Stahllaufbuchsen zu entnehmen, wonach eine Stahlschicht auf einen Dorn gespritzt wird. Zur Verbindung der Laufbuchse mit dem Zylinder wird in der Laufbuchse ein Unterdruck erzeugt, so daß das Aluminium in die Poren der Umfangsfläche eindringt. Die Laufbuchse besteht aus nur einer Schicht.
Aus der DE 24 55 529 A1 ist es bekannt, einen Stahlkern galvanisch mit Verschleißschichten weiteren Schichten zu belegen, wobei auf den Kern zuerst eine Schicht zum leichten Trennen von Kern und Schichten aufgebracht ist und erst danach eine Verschleißschutzschicht. Der Schichtkörper selbst besteht dann aus Verschleißschutzschicht und Deckschicht, wie auch beispielsweise gemäß DE-AS 23 44 899, wo die Deckschicht durch Tauchen in eine H-Schmelze erzeugt wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Zylinderlaufbuchse zu schaffen, mit dem eine Zylinderlaufbuchse bei hoher Verschleißfestigkeit einfach und kostengünstig mit optimal dünner Wandstärke hergestellt werden kann und anschließend als eigenständiges Bauteil in einem Motorblock einsetzbar ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und Nebenansprüchen dokumentiert.
Für das angewendete Verfahren wird als Formkörper ein Dorn mit einem dem Innenumfang der herzustellenden Zylinderlaufbüchse entsprechenden Außenumfang verwendet, und auf die äußere Umfangsfläche des rotierenden Dorns wird nach einem der bekannten thermischen Spritzverfahren das Spritzmaterial in der gewünschten Stärke aufgetragen. Abhängig von der Konstruktion kann die auf dem Dorn befindliche Buchse überschliffen und gegebenenfalls profiliert werden. Nach dem Abziehen vom Dorn wird die Buchse, falls erforderlich an den Stirnflächen bearbeitet.
Die fertiggestellte erfindungsgemäße Zylinderlaufbuchse ist stabil und kann problemlos von der Herstellung bis zum Einbau in den Motorblock gelagert und gehandhabt werden. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können Zylinderlaufbuchsen mit Normdurchmessern für alle gängigen Motorentypen hergestellt werden. Die Buchse kann vor allem dünnwandig mit Wandstärken von größer gleich 1 mm sowie in Längen von 100 mm bis 260 mm hergestellt werden. Denkbar wären auch andere Abmessungen.
Als thermische Spritzverfahren sind alle bekannten Spritzverfahren prinzipiell anwendbar. Bevorzugt wird aber das Flammspritzverfahren. Als Spritzmaterialien sind die im Handel erhältlichen Spritzwerkstoffe aus Metall und/oder Metallkeramik einsetzbar. Die die Lauffläche bildende Schicht besteht aus einem besonders verschleißfesten und brandspursicherem Material aus Molybdän oder einer Molybdänlegierung, die äußere Deckschicht kann aus einer Aluminiumlegierung bestehen. Dazwischen kann eine Bindeschicht aus beispielsweise einer selbstfließenden Kobalt- oder Nickellegierung aufgetragen sein. Besonders vorteilhaft ist dabei, daß die Materialauswahl auf den Anwendungsfall abgestimmt sein kann und durch Einstellung der Spritzparameter vor allem eine Laufflächenschicht mit optimalen tribologischen Eigenschaften hergestellt werden kann.
Die äußere Umfangsfläche des Formkörpers ist bevorzugt hartverchromt und gegebenenfalls mit einem Antihaftspray versehen, so daß die fertiggestellte Buchse von dem Formkörper problemlos abgezogen werden kann. Eine besondere und aufwendige spanabhebende Bearbeitung der Lauffläche der Buchse ist in den meisten Fällen nicht erforderlich, da die Lauffläche eine Form entsprechend der Oberfläche des Formkörpers besitzt.
Die erfindungsgemäßen Zylinderlaufbuchsen wurden in Motorversuchen getestet. Dabei war die Zylinderlaufbuchse auch in Dauerlauftestversuchen optimal verschleißfest und lief störungsfrei.
Durch die Erfindung ist somit eine Zylinderlaufbuchse geschaffen, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren einfach und kostengünstig hergestellt werden kann. Die erfindungsgemäße Laufbuchse kann mit optimalen Verschleißfestigkeitswerten und tribologischen Eigenschaften hergestellt werden. Gleichzeitig ist die Zylinderlaufbuchse mit dünnwandiger Geometrie für praktisch alle Motortypen herstellbar.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles in der Zeichnung dargestellt. Die Zylinderlaufbuchse (1) ist aus drei übereinanderliegenden thermischen Spritzschichten gebildet. Die Innenschicht (2) der Zylinderlaufbuchse besteht aus einer verschleißfesten und brandspursicheren Molybdänschicht. Sie bildet die Lauffläche für die Kolbenringe und begrenzt den Brennraum der Verbrennungskammer. Auf die äußere Umfangsfläche der Molybdänschicht (2) ist eine niedrig schmelzende Kobaltlegierung als Haftzwischenschicht (3) aufgetragen und die Außenschicht (4) der Zylinderlaufbuchse (1) besteht aus einer Aluminiumlegierung als Deckschicht. Die Übergänge zwischen den einzelnen Schichten (2, 3, 4) können gradiert ausgeführt werden.

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung einer Zylinderlaufbuchse (1) für Verbrennungskraftmaschinen durch thermisches Aufspritzen von Spritzmaterial, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Außenfläche eines als Formkörper dienenden Dorns eine erste Verschleißschicht (2) darauf eine Deckschicht (4) aufgespritzt und anschließend die gebildete Zylinderlaufbuchse (1) vom Dorn abgezogen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Verschleißschicht (2) und der Deckschicht (4) eine Binde-Zwischenschicht (3) aufgespritzt wird.
3. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Umfangsfläche des als Formkörper dienenden Dorns mit einer Hartchromschicht versehen wird, die vor dem thermischen Aufspritzen zur Bildung der Zylinderlaufbuchse (1) sandgestrahlt und/oder mit einem Antihaftspray behandelt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der als Formkörper dienende Dorn während des Aufspritzens rotiert.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderlaufbuchse (1) am Außenumfang überschliffen wird.
6. Zylinderlaufbuchse für Verbrennungskraftmaschinen zum Einsatz in die Zylinderbohrung eines Motorblocks, hergestellt gemäß einer der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderwandung der Zylinderlaufbuchse (1) aus einer thermisch aufgetragenen Verschleißschicht (2) am Innenumfang und einer darauf aufgetragenen Deckschicht (4) am Außenumfang besteht.
7. Zylinderlaufbuchse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Verschleißschicht (2) und der Deckschicht (4) eine Binde-Zwischenschicht (3) angeordnet ist.
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