DE3831084C2 - - Google Patents

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DE3831084C2
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Paul Rosche
Klaus Dr. 8000 Muenchen De Eigenfeld
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Bayerische Motoren Werke AG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F7/00—Casings, e.g. crankcases or frames
    • F02F7/0085—Materials for constructing engines or their parts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/02—Cylinders; Cylinder heads  having cooling means
    • F02F1/10—Cylinders; Cylinder heads  having cooling means for liquid cooling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2253/00—Other material characteristics; Treatment of material
    • F05C2253/16—Fibres

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)

Description

Die Erfindung geht gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 von der in den Patent Abstracts of Japan in vol. 10, no. 25 vom 31. 1. 1986 veröffentlichten JpA 6 01 82 338 aus.
Bei dieser bekannten Bauart eines Zylinders bzw. Zylinderrohres dienen die mittels eines Formteiles mit einer Leichtmetallschmelze in einem Werkstoffverbund gebrachten Fasern der Festigkeitssteigerung. Weiter ist aus der DE-A-36 31 096 ein Leichtmetall-Zylinder mit einer faserverstärkten Gleitbahn bekannt, deren Wärmeleitfähigkeit durch den Faseranteil gering gehalten ist. Dies reduziert den Wärmedurchgang durch die Zylinderwand. Schließlich ist es bekannt, über den Faseranteil auch die Wärmedehnung eines faserverstärkten Bauteiles zu reduzieren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen Leichtmetall-Zylinder eine Faserverstärkung aufzuzeigen, die bei einerseits vorbestimmt reduziertem Wärmedurchgang andererseits eine vorbestimmte Reduzierung der Wärmedehnung des Zylinders ergibt.
Gelöst wird diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1. Durch die erfindungsgemäße Anordnung von gerichteten Langfasern in dem Formkörper (engl. preform) aus keramischen Kurzfasern kann jede der Faserarten in vorteilhafter Weise entsprechend gezielt für die jeweilige Aufgabe des reduzierten Wärmedurchganges und der reduzierten Wärmedehnung eingesetzt werden. Mit der Wahl unterschiedlicher Faserarten und ihrer Kombination in einem Formkörper bzw. Formteil kann der Konstrukteur gezielt einen Leichtmetall-Zylinder bzw. ein derartiges Zylinderrohr für den jeweiligen Leistungs- und Einsatz-Bereich einer Brennkraftmaschine schaffen.
Zur Erzielung des gewünschten reduzierten Wärmedurchganges kann der auf den Zylinder bezogene Volumenanteil der Kurzfaser in Ausgestaltung der Erfindung bis zu 40% betragen. Zur zusätzlichen Reduzierung der Wärmedehnung des Zylinders in radialer Richtung kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung das Formteil am Außenumfang zumindest bereichsweise mit einer Wickellage einer weiteren Langfaser ausgerüstet sein. Maßnahmen zur Reduzierung der radialen Wärmedehnung eines Zylinders bzw. Zylinderrohres sind per se z. B. aus der DE-C-31 34 771 bekannt, wobei ein metallisches Zylinderrohr außenseitig von einer Wickelbandage aus einem Faserverbundwerkstoff umgeben ist. Diese aufwendige Bauart ist mit der erfindungsgemäß in das Faser-Formteil integrierten Wickellage vorteilhaft vermieden.
Schließlich wird in Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, daß beim Druckgießen des Zylinders ein einer Heißzone zugewandter Zylinderabschnitt, insbesondere im Bereich der Wickellage nachverdichtet wird, um einen guten Werkstoffverbund zu erreichen.
Ein erfindungsgemäß gestaltetes Faser-Formteil, das bei gewünscht kleinem Wärmedurchgang die räumliche Wärmedehnung des Zylinders wesentlich reduziert, ist sowohl für die Einzelfertigung von Leichtmetall-Zylinder als auch für eine Verbundbauweise mehrerer Zylinder in einem Brennkraftmaschinen-Gehäuse vorteilhaft.
Ein in der Zeichnung dargestelltes, bevorzugtes Ausführungsbeispiel dient der näheren Beschreibung der Erfindung.
Ein faserverstärkter Leichtmetall-Zylinder 1 für eine nicht dargestellte Brennkraftmaschine umfaßt im Werk­ stoffverbund mit dem Leichtmetall 2 ein aus Kurzfasern 3 gefertigtes, rohrförmiges Faserformteil 4. Das Faser­ formteil 4 enthält in zur Zylinderachse im wesentlichen paralleler Anordnung gesonderte Langfasern 6. Weiter ist das Faserformteil 4 am Außenumfang in dem der Brennzone des Zylinders 1 benachbarten Bereich mit einer Wickel­ lage 7 einer weiteren Langfaser 8 ausgerüstet.
Zur Erzielung eines vorbestimmten Wärmedurchganges des Zylinders 1 sind die Kurzfasern 3 aus keramischem Werkstoff. Ein auf den Zylinder 1 bezogener Volumenan­ teil kann bis zu 40% betragen.
Zur Reduzierung der Wärmedehnung des Zylinders 1 in Richtung der Zylinderachse 5 weisen die Langfasern 6 einen gegenüber dem Leichtmetall wesentlich geringeren Wärmedehnungskoeffizienten auf. Die Langfasern 8 der Wickellage 7 sind ebenfalls aus hochfestem Material und dienen der Reduzierung der Wärmedehnung des Zylinders 1 in radialer Richtung.
Der Zylinder 1 kann entweder einzeln oder im Verbund mit einem Maschinengehäuse ausgebildet sein, wobei der Werkstoffverbund von Leichtmetall 2 und Faserformteil 4 im Druckguß erzielt ist. Zur weiteren Steigerung des vorzugsweise für eine Brennkraftmaschine dienenden Zylinders 1 kann dieser in seinem einer Brennzone zugewandten Zylinderabschnitt mit der Wickellage 7 beim Druckgießen nachverdichtet sein.

Claims (5)

1. Faserverstärkter Leichtmetall-Zylinder in Druckguß für Hubkolbenmaschinen, insbesondere Brennkraftmaschinen,
  • - wobei der Zylinder (1) im einem Werkstoffverbund mit dem Leichtmetall (2) ein aus Kurzfasern (3) gefertigtes, rohrförmiges Faserformteil (4) umfaßt,
dadurch gekennzeichnet,
  • - daß das Formteil (4) aus keramischen Kurzfasern (3) gebildet ist, und
  • - umfänglich verteilt angeordnet, gesonderte Langfasern (6) in zur Zylinderachse (5) im wesentlichen paralleler Anordnung aufweist, wobei
  • - die Langfasern (6) einen gegenüber dem Leichtmetall (2) geringeren Wärmedehnungskoeffizienten aufweisen.
2. Zylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der auf den Zylinder (1) bezogene Volumenanteil der Kurzfaser (3) bis zu 40% beträgt.
3. Zylinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Formteil (4) in Umfangsrichtung zumindest bereichsweise mit einer Wickellage (7) einer weiteren Langfaser (8) ausgerüstet ist.
4. Verfahren zur Herstellung des Zylinders nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß beim Druckgießen ein einer Heißzone des Zylinders (1) zugewandter Zylinderabschnitt (Wickellage 7) nachverdichtet wird.
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