DE19703530C1 - Zylinderlaufbuchse mit einer Verengung der Zylinderbohrung und Verfahren zur Herstellung einer Zylinderlaufbuchse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 eine Zylinderlaufbuchse für Hubkolben-Brennkraftmaschinen mit einer durch einen Ölkohleabstreifring im Bereich, den der Feuersteg eines Kolbens in seiner oberen Totpunktlage einnimmt, gebildeten Verengung der Zylinderbohrung, wobei der Ölkohleabstreifring in eine Ausdrehung am kopfseitigen Ende der Zylinderlaufbuchse eingesetzt ist, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer durch einen Ölkohleabstreifring gebildeten Verengung in der Zylinderbohrung einer Zylinderlaufbuchse gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 4.

Solche Zylinderlaufbuchsen sowie deren Herstellungsverfahren sind bereits bekannt. So ist beispielsweise in der deutschen Auslegeschrift DE-19 02 502 beschrieben, die Verengung der Zylinderbuchsen in Form einer Stufe durch einen vorgefertigten Ölkohleabstreifring zu bilden. Der Ölkohleabstreifring ist in einen am kopfseitigen Ende der Zylinderlaufbuchse ausgebildeten Absatz mit geringfügigem axialen Spiel eingesetzt. Der Innendurchmesser des Absatzes und der Außendurchmesser des Ölkohleabstreifrings entsprechen einander, wobei der Innendurchmesser des in der Zylinderlaufbuchse zur Aufnahme des Ölkohleabstreifrings ausgedrehten Absatzes durch die Dicke des Ölkohleabstreifringes bestimmt wird. Der Innendurchmesser des Ölkohleabstreifrings stellt den gewünschten Enddurchmesser der herzustellenden Verengung in der Zylinderbohrung dar, der durch den Abstand zwischen dem Ölkohleabstreifring und dem Feuersteg des Kolbens konstruktiv vorgegeben ist.

Aus der DE-PS 19 00 922 geht es als bekannt hervor, einen derartigen Ölkohleabstreif- Ringeinsatz durch Schrumpf oder Preßsitz in einer Ausnehmung der Zylinderlaufbuchse festzulegen.

Nachteile der bekannten Zylinderlaufbuchsen bestehen darin, daß der Ölkohleabstreifring zur Fertigung der engen Toleranzen an den Außen- und Innenumfangsflächen mit verhältnismäßig großer Wanddicke ausgebildet werden muß. Bei entsprechendem Zylinderbohrungsdurchmesser ist deshalb ein durchmessergroßer Absatz zur Aufnahme des Ölkohleabstreifringes in der Zylinderlaufbuchse auszudrehen, wodurch insbesondere dünnwandige Zylinderlaufbuchsen eine problematische Verringerung der mechanischen Festigkeit in Höhe des ohnehin hoch belasteten Zylinderlaufbuchseneinpasses erfahren. Außerdem ist die Herstellung der Passungstoleranz an Ölkohleabstreifring und Zylinderlaufbuchse relativ kostspielig.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, bei einer gattungsgemäßen Einrichtung auf kostengünstige Weise einen paßgenauen Ölkohleabstreifring in der Weise darzustellen, daß die Festigkeitseigenschaften auch dünnwandiger Zylinderlaufbuchsen nur unwesentlich beeinflußt werden.

Zur Lösung des Problems ist die Zylinderlaufbuchse nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch dessen kennzeichnenden Merkmale weitergebildet. Das Herstellungsverfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 4 ist durch dessen kennzeichnende Merkmale weitergebildet.

Vorteilhafte Weiterbildungen finden sich in den Unteransprüchen.

Das Wesen der Erfindung liegt in der form- und kraftschlüssigen Einbindung des Ölkohleabstreifrings im oberen Zylinderlaufbuchsenbereich. Diese bildet die Basis für ein Herstellungsverfahren, bei dem der Ölkohleabstreifring erfindungsgemäß zuerst in der Zylinderlaufbuchse festgelegt und anschließend auf das gewünschte Innendurchmessermaß der Verengung nachbearbeitet wird.

Die erfindungsgemäß erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß der Ölkohleabstreifring für die spanabhebende Nachbearbeitung durch die Zylinderlaufbuchse eine Abstützung erfährt und deshalb mit gegenüber herkömmlichen, separat gefertigten Kohleabstreifringen deutlich geringerer Ringdicke von kleiner als 2% des Zylinderbohrungsdurchmessers ausgebildet werden kann. Wegen der erheblich geringeren Ringdicke reicht bereits eine durchmesserkleine Ausdrehung in der Zylinderlaufbuchse für die Aufnahme des Ölkohleabstreifringes zur Darstellung des vorgegebenen Verengungsinnendurchmessers aus. Die damit einhergehende Verringerung der mechanischen Festigkeit der Zylinderlaufbuchse kann selbst bei dünnwandigen Zylinderlaufbuchsen vernachlässigt werden. Eine axiale Verspannung des Ölkohleabstreifringes zwischen Zylinderkopf und Laufbuchse besteht dabei nicht. Durch das Einbinden des Ölkohleabstreifringes mittels Kaltverfestigungsverfahren kann die Vorbearbeitung der Zylinderlaufbuchse wie auch des Ölkohleabstreifringes mit relativ großen Fertigungstolenranzen erfolgen, wodurch die Kosten erheblich reduziert werden.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß im Gegensatz zu herkömmlich angewandten Wärmebehandlungsverfahren definierte und damit kontrollierte Eigenspannungen in die Zylinderlaufbuchse eingebracht werden, was die Standfestigkeit und damit die Lebensdauer der erfindungsgemäßen Zylinderlaufbuchse weiter erhöht.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird an der Innenumfangswand der Zylinderlaufbuchse im Bereich der Ausdrehung eine Oberflächenstruktur mit einem Mittenrauhwert Ra größer 100 ausgebildet, mit der der Ölkohleabstreifring unter plastischer Verformung durch Haftaufweitung formschlüssig verbunden ist. Eine geeignete Oberflächenstruktur erhält man auf einfache und kostengünstige Weise bereits bei der Fertigung der Ausdrehung mit entsprechender Oberflächenrauhigkeit.

In Weiterbildung der Erfindung kann alternativ oder zusätzlich zu der Oberflächenstruktur im Bereich der Ausdrehung mindestens eine radial in Richtung des Ölkohleabstreifringes offene Ausnehmung vorgesehen sein, in die der Ölkohleabstreifring beispielsweise durch Fließpressen eingearbeitet ist.

Eine besonders zuverlässige formschlüssige Verbindung zwischen Ölkohleabstreifring und Zylinderlaufbuchse wird bei einer Ausführungsform der Erfindung erreicht, bei der die radial offene Ausnehmung als umlaufende Nut ausgebildet ist. Diese über den Innenumfang der Zylinderbohrung symmetrisch ausgebildete Einbindung des Ölkohleabstreifringes stellt einen sicheren Sitz selbst bei großen Wärmedehnungen sicher.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der schematischen Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 einen Ausschnitt einer Zylinderlaufbuchse mit einen erfindungsgemäß eingebundenen Ölkohleabstreifring und

Fig. 2 einen kopfseitigen Abschnitt der Zylinderlaufbuchse und einen Ölkohleabstreifring vor der Montage.

Fig. 1 zeigt eine Zylinderlaufbuchse 1 eines Dieselmotors (nicht dargestellt) in deren Zylinderbohrung 6 ein Kolben 3 über seine Hubstrecke verschiebbar eingesetzt ist. Im Kolben 3 sind Kolbenringe 7 zur Abdichtung des Verbrennungsraums 12 gegenüber dem Kolbenraum 13 eingesetzt, die während der Kolbenhubbewegung entlang der Innenmantelfläche der Zylinderlaufbuchse 1 gleiten. Am zylinderkopfseitigen Ende der Zylinderbohrung 6 ist in Hubrichtung des Kolbens 3 in einem Bereich oberhalb der Kolbenringe 7, der dem Feuersteg des Kolbens 3 in oberer Totpunktlage (Fig. 1) gegenüberliegt, in der Zylinderlaufbuchse 1 eine radiale Ausdrehung 4 ausgebildet, durch die die Zylinderbohrung 6 eine zum kopfseitigen Ende hin offene Aufweitung um ein Maß 11 erhält (Fig. 2), das kleiner als 2% des Zylinderbohrungsdurchmessers beträgt.

In die radiale Ausdrehung 4 der Zylinderlaufbuchse 1 ist ein Ölkohleabstreifring 2 eingesetzt und formschlüssig mit der Zylinderlaufbuchse 1 verbunden. Der Ölkohleabstreifring 2 bildet eine Stufe 8, wobei die Innenmantelfläche des Ölkohleabstreifringes 2 eine Verengung 9 der Zylinderbohrung 6 auf den konstruktiv vorgegebenen Durchmesser d darstellt. Formschluß erfolgt in dem dargestellten Ausführungsbeispiel über einen Vorsprung 15 und über eine als Ringnut ausgebildete Ausnehmung 5 (Fig. 2), die im Bereich der radialen Ausdrehung 4 in der Zylinderlaufbuchse 1 gefertigt ist und in die der Ölkohleabstreifring 2 unter plastischer Verformung eingepreßt ist. Die Verbindung zwischen dem aus vergütetem Stahl ausgeführten Ölkohleabstreifring 2 und der GGL-Zylinderlaufbuchse 1 ist mittels eines Kaltverfestigungsverfahrens hergestellt, wobei z. B. Fließpressen, Magnetumformung, Hydroumformung oder Rollen vorgesehen sein können.

In seiner Einbaulage wird der eingepreßte Ölkohleabstreifring 2 nachträglich auf das gewünschte Innendurchmessermaß d der Verengung 9 nachbearbeitet. Dabei wird der Ölkohleabstreifring 2 von einer Ringdicke 14 auf eine Ringdicke 10 von 2% des Zylinderbohrungsdurchmessers D reduziert. Durch das nachträgliche Bearbeiten des eingepreßten Abstreifrings 2 auf das gewünschte Maß d kann die Vorbearbeitung der Laufbuchse 2, wie etwa das Einbringen der Ringnut oder die Oberflächenbeschaffenheit im Bereich der Ausdrehung 4, mit relativ großer Toleranz durchgeführt werden.

Claims (6)

1. Zylinderlaufbuchse aus Gußeisen für Hubkolben-Brennkraftmaschinen, insbesondere Dieselmotoren, mit einer durch einen Stahl-Ölkohleabstreifring in einem Bereich, den der Feuersteg eines Kolbens in seiner oberen Totpunktlage einnimmt, gebildeten Verengung der Zylinderbohrung, wobei der Ölkohleabstreifring (2) in eine Ausdrehung (4) am kopfseitigen Ende der Zylinderlaufbuchse eingesetzt und die Zylinderlaufbuchse (1) und der Ölkohleabstreifring (2) formschlüssig miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderlaufbuchse (1) zumindest eine radial in Richtung des Ölkohleabstreifrings (2) offene Ausnehmung (5) aufweist, die mit einem radial in Richtung der Zylinderlaufbuchse (1) vorstehenden, montagebedingten Vorsprung (15) des Ölkohleabstreifringes (2) in Eingriff ist und daß der Ölkohleabstreifring (2) in radialer Richtung eine Dicke (10) kleiner 2% des Zylinderbohrungsdurchmessers (D) aufweist.

2. Zylinderlaufbuchse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausdrehung (4) für die Aufnahme des Ölkohleabstreifringes (2) eine radial in Richtung des Ölkohleabstreifringes (2) offene Oberflächenstruktur aufweist, die mit einer radial in Richtung der Zylinderlaufbuchse (1) vorstehenden, montagebedingten Oberflächenstruktur des Ölkohleabstreifringes (2) in Eingriff steht.

3. Zylinderlaufbuchse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausdrehung (4) für den Ölkohleabstreifring (2) eine Oberflächenrauheit mit einem Mittenrauhwert Ra ≧ 100 aufweist.

4. Verfahren zur Herstellung einer aus Gußeisen hergestellten Zylinderlaufbuchse (1) für Hubkolben-Brennkraftmaschinen, insbesondere Dieselmotoren, mit einer durch einen Stahl-Ölkohleabstreifring (2) im Bereich, den der Feuersteg eines Kolbens (3) mit seiner oberen Totpunktlage einnimmt, gebildeten Verengung (9) der Zylinderbohrung (6), wobei der Ölkohleabstreifring (2) in eine Ausdrehung (4) am kopfseitigen Ende der Zylinderlaufbuchse (1) eingesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ölkohleabstreifring (2) mittels eines Kaltverfestigungsverfahren durch plastische Verformung form- und kraftschlüssig mit der Zylinderlaufbuchse (1) verbunden wird und durch Nachbearbeitung in Einbaulage auf das gewünschte Innendurchmessermaß (d) der Verengung der Zylinderbohrung (6) nachbearbeitet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß an der Innenumfangswand der Zylinderlaufbuchse (1) im Bereich der Ausdrehung (4) eine Oberflächenstruktur mit einer Rauheit von Ra ≧ 100 dargestellt wird und der Ölkohleabstreifring (2) durch Haftaufweitung mit der Zylinderlaufbuchse (1) verbunden wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Innenumfangswand der Zylinderlaufbuchse (1) im Bereich der Ausdrehung (4) mindestens eine radial in Richtung des Ölkohleabstreifringes (2) offene Ausnehmung (5) ausgebildet wird, und daß der Ölkohleabstreifring (2) durch Fließpressen, Magnetumformung, Hydroumformung oder Einrollen formschlüssig mit der Zylinderlaufbuchse (1) verbunden wird, wobei der Ölkohleabstreifring (2) auf die ausgestaltete Innenkontur der Ausnehmung (5) aufläuft.