DE4240050A1 - Kolben-Zylinder-Vorrichtung eines Verbrennungsmotors - Google Patents

Kolben-Zylinder-Vorrichtung eines Verbrennungsmotors

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Description

Die Erfindung betrifft eine Kolben-Zylinder-Vorrich­ tung eines Verbrennungsmotors nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei Kolben-Zylinder-Paarungen dieser bekannten Art ist die Kolbenlaufschicht regelmäßig metallischer Art und galvanisch aufgebracht.
Hiervon ausgehend beschäftigt sich die Erfindung mit dem Problem, eine wirtschaftlicher erzeugbare Kolben­ laufschicht zu schaffen, deren Eigenschaften den bis­ her galvanisch aufgebrachten Schichten zumindest nicht unterlegen sind.
Eine Lösung dieses Problems gibt die Lehre nach dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 an.
Zweckmäßige Ausgestaltungen sind Gegenstand der Un­ teransprüche.
Der in den Ansprüchen angegebene Ra-Wert ist ein nach der ISO-Norm festgelegter Wert und bezeichnet den arithmetischen Durchschnittswert der Spitzenhöhen der die Rauheit bildenden Oberflächenspitzen.
Die erfindungsgemäße Kolben-Zylinder-Paarung soll insbesondere Anwendung finden bei Verbrennungsmotoren für Rasenmäher, Freischneider, Motorsensen und Sta­ tionärmotoren.
Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung darge­ stellt, die einen Schnitt durch eine Kolben-Zylinder- Paarung zeigt.
Der Kolben 1 besitzt einen Durchmesser von etwa 42 mm und ist in einem Zylinder 2 eines Zweitakt-Motors ge­ führt. Das Grundmaterial des Kolbens besteht aus ei­ ner Aluminium-Silizium-Legierung folgender in Ge­ wichtsprozent angegebener Zusammensetzung:
Si
17 - 19
Cu 0,8 - 1,5
Mg 0,8 - 1,3
Ni 0,8 - 1,3
Fe kleiner/gleich 0,7
Mn kleiner/gleich 0,2
Ti kleiner/gleich 0,2
Zn kleiner/gleich 0,3
Al Rest
Auf die in Druck- und Gegendruckrichtung gegenüber­ liegenden Tragbereiche des Kolbenschaftes sind je­ weils eine Laufschicht 3 aus in Harz gebundenem Gra­ fit aufgebracht. Eine entsprechende zusätzliche Lauf­ schicht 4 kann auf den oberhalb der hier einzigen Kolbenringnut 5 liegenden Feuerstegbereich des Kol­ bens 1 aufgebracht sein.
Auf die Laufschicht 4 im Feuerstegbereich kann gege­ benenfalls auch verzichtet werden.
Bei Vorhandensein mehrerer Ringnuten 5 können auch die einzelnen Ringstege beschichtet sein.
Die Laufschichten 3, 4 besitzen sowohl im Schaft- als auch im Feuerstegbereich jeweils eine Dicke von etwa 20 Mymeter.
Der Aufbau und die Zusammensetzung der Laufschichten 3,4 sind wie folgt.
Die betreffende Schicht wird nach dem auf diesem Ge­ biet bekannten Siebdruckverfahren aufgebracht.
Innerhalb der Laufschichten ist das Grafit in aus­ härtbarem Polyimid als Bindemittel eingebunden. Der Grafitgehalt innerhalb der ausgehärteten Schicht be­ trägt etwa 40 Gewichtsprozent. In dem zur Erzeugung der Schicht im Siebdruckverfahren auf zutragenden Ma­ terial befindet sich ein Lösemittel, das beispiels­ weise N-Methyl-Pyrrolidon (NMP) sein kann. Der Anteil des Lösemittels in dem auf zutragenden Schichtaus­ gangsmaterial liegt bei etwa 50 Gewichtsprozent. Die Partikelgröße des in der Schicht eingebundenen Gra­ fits liegt zwischen 1 und 10 Mymeter. Die in dem Siebdruckverfahren aufgetragene Schicht wird bei etwa 200°C über etwa 15 Minuten ausgehärtet.
Das die Gegenlaufbahn des Zylinders 1 bildende Mate­ rial ist eine Aluminiumlegierung folgender in Ge­ wichtsprozenten angegebener Zusammensetzung.
Si
16,0 . . . 18,0
Mg 0,4 . . . 0,7
Cu 4,0 . . . 5,0
Fe kleiner/gleicher 0,7
Al Rest
Die Lauffläche des Zylinders 2 ist feingebohrt und besitzt eine Rauhigkeit von Ra = max. 0,3 Mymeter.
Der in die Kolbenringnut 5 eingesetzte Kolbenring 6 besteht aus einem STD - Material folgender in Ge­ wichtsprozenten angegebener Zusammensetzung:
C
3,5 - 3,9
P 0,3 - 0,6
Cu maximal 0,5
Si 2,4 - 3,1
S maximal 0,15
Mn 0,5 - 0,9
Cr maximal 0,4
Rest Fe
Die Laufflächengeometrie des Kolbenringes 6 ist bal­ lig. Ein solcher Kolbenring ist für die hier einge­ setzte Abmessung von 42 mm×1,5 mm festgelegt durch die deutsche Norm DIN 70910 DI T1 B.
Die vorstehend beschriebene Kolben-Zylinder-Einrich­ tung mit einem Kolben eines Durchmessers von etwa 42 mm ist zum Einsatz für einen Leistungsbereich in der Größenordnung von etwa 20-40 Kilowatt/Liter be­ stimmt.

Claims (10)

1. Kolben-Zylinder-Vorrichtung eines Verbrennungsmo­ tors, insbesondere eines Zweitakt-Motors, bei der zumindest die Zylinderlauffläche von einer Alumi­ niumlegierung gebildet ist, bei der ferner der Kolben aus einer Aluminiumlegierung als Grundma­ terial besteht und auf zumindest 80% seiner Lauffläche mit einer Laufschicht versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderlauffläche eine Rauhheit von Ra<2 Mymeter besitzt, daß die Kolbenlaufschicht harzgebundenes Grafit ist und daß die Kolbenringe aus Guß oder Stahl bestehen und mit einer balli­ gen Lauffläche versehen sind.
2. Kolben-Zylinder-Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die die Lauffläche des Zylinders bildende Aluminiumlegierung eine Aluminium-Silizium-Legie­ rung mit einem Silizium-Gehalt von <8 Gewichts-% ist.
3. Kolben-Zylinder-Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Lauffläche des Zylinders bildende Aluminium-Legierung eine Al-Si-Zn-Legierung ist, bei der der Siliziumanteil <5 Gewichts-% und der Zn-Anteil <2 Gewichts-% ist.
4. Kolben-Zylinder-Vorrichtung nach einem der vor­ hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderlauffläche fein gebohrt ist.
5. Kolben-Zylinder-Vorrichtung nach einem der vor­ hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenlaufschicht eine Dicke zwischen 10 und 20 Mymeter besitzt.
6. Kolben-Zylinder-Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kolbenlaufschicht die Grafitpartikel in einer Größe zwischen 1 und 10 Mymeter, vor­ zugsweise zwischen 1 und 5 Mymeter liegen.
7. Kolben-Zylinder-Vorrichtung nach dem Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Grafitanteil zwischen 30 und 60%, vor­ zugsweise zwischen 40 und 60% liegt.
8. Kolben-Zylinder-Vorrichtung nach einem der vor­ hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel, mit dem die Grafitpartikel in der Kolbenlaufschicht gebunden sind, aushärt­ bares Polyimid ist.
9. Kolben-Zylinder-Vorrichtung nach einem der vor­ hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur für das Aushärten der Kolben­ laufschicht 150-200°C beträgt und das Aushärten während einer Zeit zwischen 10 und 30 Minuten er­ folgt.
10. Kolben-Zylinder-Vorrichtung nach einem der vor­ hergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß das Aluminiumgrundmaterial des Kolbens eine Aluminium-Silizium-Legierung ist.
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