DE4444721C2 - Plateaugeläppte Zylinderlaufbuchsen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Kurbelgehäuse, in dem eine Kurbelwelle drehbar gelagert ist, an der zumindest ein Pleuel angelenkt ist, das einen Kolben trägt, der in einer von einem Zylinderkopf abgedeckten Zylinderlaufbuchse bewegbar ist, wobei die Lauffläche der Zylinderlaufbuchse nach dem Feinstdrehen und/oder Maßhonen gehon­ läppt ist gemäß Patentanspruch 1 und ein Verfahren zum Bearbeiten der Lauffläche einer Zylinder­ laufbuchse für eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 8.

Derartige Brennkraftmaschinen mit entsprechenden Zylinderlaufbuchsen sind bekannt und werden bei der Anmelderin in Serie beispielsweise in Form der Motorbaureihen BFL 913/513 gebaut. Dabei entsteht auf der Lauffläche anstelle der sich kreuzenden Honriefen, die beim reinen Honen entstehen würden, eine lückenlose Grübchenbildung. Dies hat den Vorteil der besseren, partiellen Verteilung des Ölbelages auf der Zylinderlauf­ fläche und damit der sicheren Ölversorgung des Tribologiesystems: Kol­ benringe/Motoröl/Lauffläche auch in Grenzsituationen. Durch das klei­ nere Ölhaltevolumen der hongeläppten Laufflächen wird zudem gegen­ über den gehonten Laufflächen der Motorölverbrauch geringer. Gleichzei­ tig erhöht sich beim Honläppen die Verschleißfestigkeit der Lauffläche gegenüber dem Honen durch Kaltverfestigung in der Grenzschicht. Um­ gekehrt hat die Härteerhöhung aber die Folge, daß insbesondere beim Motoreinlauf die Kolbenringe stark beansprucht werden, da die harten Läppspitzen abgetragen werden müssen. Dies macht in der Regel den Einsatz von teueren, höherwertig beschichteten Kolbenringen anstelle der sonst üblichen chrombeschichten Kolbenringe notwendig. Bei aus­ schließlicher Verwendung von chrombeschichteten Kolbenringen kommt es zu Chromausbrüchen mit nachfolgender Zerstörung der Laufflächen der Laufbuchsen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine be­ reitzustellen, die zwar die Vorteile der hongeläppten Laufflächen aufweist, bei der aber auf den Einsatz von spezialbeschichteten Kolbenringen verzichtet werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Lauffläche der Zylinderlauf­ buchse in einem weiteren Arbeitsgang plateaugeläppt oder plateaughont ist.

Dadurch werden die harten Honläppspitzen der Laufflächen abgear­ beitet und eine Lauffläche erzeugt, die gleichwertig zu der Lauffläche ist, die nach dem Einlauf der Brennkraftmaschine durch die Kolbenringe ent­ standen ist. Somit ist durch die Plateauhonung beziehungsweise Plateau­ läppung die Verwendung von chrombeschichteten Kolbenringen ohne die primäre Schädigung beim erstmaligen Kontakt mit der Lauffläche möglich und darüber hinaus ist der Einlaufverschleiß der Kolbenringe minimal. Der Unterschied zwischen dem Plateauhonen beziehungsweise dem Plateau­ läppen liegt unter anderem in der später beschriebenen Bearbeitungs­ dauer. Insgesamt wird durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Brennkraftmaschine zwar ein zusätzlicher Bearbeitungsschritt notwendig, der aber nicht den Einsatz von neuen Werkzeugmaschinen und Werk­ zeugen erfordert, sondern auf bereits vorhandenen Maschinen als zusätz­ licher Arbeitsschritt durchgeführt werden kann. Dadurch sind die Bearbei­ tungskosten relativ gering, in jedem Falle aber geringer als der Mehrpreis, der sich durch den Einsatz von hochwertig beschichteten Kolbenringen (bspw. Molybdän) einstellt. Zudem sind die Betriebsergebnisse, die sich durch die zusätzliche Behandlung ergeben, gegenüber den nur gehon­ läppten Laufflächen besser.

In Weiterbildung der Erfindung ist die Lauffläche beim Feinstdrehen und/oder Maßhonen bis auf zwischen 10 µm und 100 µm, insbesondere bis auf 20 µm unter Nenndurchmesser bearbeitet. Diese Bearbei­ tungstiefe hat sich als sehr günstig erwiesen, um die in Weiterbildung der Erfindung vorgesehene Bearbeitung der Lauffläche beim Honläppen auf den Nenndurchmesser bei einer vertretbaren Bearbeitungszeit zu errei­ chen. Gleichzeitig wird dabei eine Verfestigung der Lauffläche in einer Stärke erreicht, die noch relativ leicht durchzuführen ist, aber andererseits für das Laufverhalten der Brennkraftmaschine ausreichend und günstig ist.

In Weiterbildung der Erfindung beinhaltet das Läppmittel in einer flüssigen Aufschwemmung gebundene SIC-Körner mit einer Korngröße von 150 bis 400. Bei einer Korngröße 150 haben die einzelnen Körner einen Durchmesser von 75 µm bis 105 µm, bei einer Korngröße 400 haben sie einen durchschnittlichen Durchmesser von 17 µm. Dabei richtet sich die Auswahl der Korngröße nach den jeweiligen Erfordernissen bezüglich der Bearbeitungszeit und der geforderten Rauheit beziehungsweise Glattheit der Laufflächen.

In Weiterbildung der Erfindung erfolgt die Plateauläppung oder Plateau­ honung mit einem SIC-Korn der Korngröße zwischen 500 und 1200 (Durchmesser 3 µm), insbesondere einer Korngröße von 1000 (Durchmesser 5 µm). Dabei sind diese Körner bei der Plateauläppung ebenfalls in einer flüssigen Aufschwemmung gebunden. Hierbei stellt sich als zusätzlicher Effekt eine nochmalige Kaltverfestigung im Oberflächen­ bereich der Lauffläche ein. Die Plateauhonung erfolgt mit Honsteinen, wobei die Honsteine die entsprechenden Korngrößen aufweisen, und dem Zusatz von Honöl. In einem wesentlichen Unterschied zum Honläppen wird also beim Plateauläppen beziehungsweise Plateauhonen ein we­ sentlich feineres Korn verwendet.

In Weiterbildung der Erfindung beträgt die Plateauhonzeit zwischen 20 und 1 sec., insbesondere zwischen 4 und 1 sec. Es hat sich als durchaus ausreichend herausgestellt, mit derartig kurzen Plateauhonzeiten zu arbei­ ten.

In Weiterbildung der Erfindung beträgt die Plateauläppzeit zwischen 50 und 2 sec., insbesondere 20 bis 5 sec. Dabei ist diese Bearbeitungszeit erheblich länger als die des Plateauhonens, da die Abtragsleistung ge­ genüber dem Plateauhonen erheblich geringer ist. Die längere Bearbei­ tungszeit trägt aber andererseits zu einer höheren Prozeßsicherheit bei.

Das erfindungsgemäße Verfahren beinhaltet in einem ersten Verfahrens­ schritt das Feinstdrehen und/oder Maßhonen der Lauffläche der Zylinder­ laufbuchse auf ein Untermaß von insbesondere 20 µm Nenndurch­ messer. In einem zweiten Arbeitsschritt erfolgt die Bearbeitung der Lauf­ fläche auf Nenndurchmesser durch Honläppen, wobei insbesondere eine Korngröße von 150 bis 400 in Form eines in einer flüssigen Aufschwem­ mung gebundenen SIC-Korns verwendet wird und die Bearbeitungszeit ca. 120 sec. beträgt. In dem dritten Arbeitsschritt wird die Lauffläche pla­ teaugeläppt oder plateaugehont. Dabei betragen die Korngrößen der SIC- Körner vornehmlich 1000, während die Bearbeitungszeiten zwischen 1 und 50 sec. je nach Verfahren und gewünschter Oberfläche schwanken.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschrei­ bung zu entnehmen, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung näher be­ schrieben sind.

Es zeigt:

Fig. 1a und 1b: eine optische und rauheitsseitige Beurteilung einer hongeläppten Lauffläche eines Zylinderrohres,

Fig. 2a und 2b: eine optische und rauheitsseitige Beurteilung einer Lauffläche, die zusätzlich plateaugeläppt oder plateau­ gehont ist,

Fig. 3: eine rauheitsseitige Beurteilung einer Lauffläche, die gegenüber Fig. 1b mit einem feineren Korn gehon­ läppt ist und

Fig. 4: eine rauheitsseitige Beurteilung einer Lauffläche ge­ mäß Fig. 3, die anschließend plateaugeläppt oder plateaugehont ist.

Fig. 1a zeigt eine optische Beurteilung einer Lauffläche einer gehonläpp­ ten Zylinderlaufbuchse in Form eines Faxfilmbildes. Dabei wurde die Lauffläche beim Feinstdrehen und/oder Maßhonen bis auf ca. 20 µm unter Nenndurchmesser bearbeitet und anschließend beim Honläppen in einer flüssigen Aufschwemmung gebundene SiC-Körner der Größe 180 ver­ wendet. Die zugehörige Fig. 1b zeigt den typischen Rauheitsverlauf die­ ser gehonläppten Lauffläche, wobei ausgehend von einer eingetragenen Mittellinie Ausschläge nach unten und oben erkennbar sind. Diese Aus­ schläge nach unten und oben stellen Grübchen und Aufwertungen da, die durch das Honläppen entstehen. Dabei ist dieser dargestellte Bereich der Zylinderlaufbuchse durch diese Bearbeitung kaltverfestigt und weist somit eine hohe Oberflächengüte auf. Beim Einlaufen der Brennkraftmaschine müssen nun die Kolbenringe des Kolbens die Aufwerfungen bis zu einem gleichmäßigen Maß abtragen, damit der Kolben beziehungsweise der Kolbenring glatt entlang der Lauffläche gleiten kann. Dazu sind dann hochwert beschichtete Kolbenringe nötig, da infolge der Kaltverfestigung der Lauffläche diese so hart ist, daß bei Verwendung bei normalen chrombeschichteten Kolbenringe diese beschädigt würden und Folge­ schäden unausbleiblich wären.

Die erfindungsgemäß ausgestalteten Zylinderrohre sind, wie in den Fig. 2a, 2b dargestellt ist, anschließend plateaugeläppt oder plateauge­ hont. Dabei weist die optische Beurteilung gemäß Fig. 2a im Unter­ schied zu der Fig. 1a eine Vielzahl von weißen Flächen auf, die Plateaus sind. Diese weißen Plateaus sind also Flächen, wie der Fig. 2b zu ent­ nehmen ist, Flächen, bei denen die Aufwerfungen bis auf ein bestimmtes Maß abgetragen sind. Insgesamt ergibt sich eine Ebene, auf der der Kol­ benring ohne weiteren Einlaufvorgang abgleiten kann. Somit können problemlos die preisgünstigeren Chromkolbenringe verwendet werden. In den zwischen den Plateaus der Ebene sich erstreckenden Grübchen sammelt sich das zur Schmierung notwendige Öl. Die Fig. 2a, 2b zei­ gen wie die Fig. 1a, 1b die Lauffläche einer Zylinderlaufbuchse, die mit einer Korngröße 180 gehonläppt und anschließend zusätzlich mit einer Korngröße 1000 plateaugeläppt beziehungsweise plateaugehont ist.

Im Unterschied dazu ist in den Fig. 3 und 4 die Lauffläche der Zylin­ derlaufbuchse mit Körnern der Größe 320 gehonläppt und anschließend mit Körnern der Größe 1000 plateaugeläppt oder plateaugehont. Erkenn­ bar ist, daß im Unterschied zu den Fig. 1a, 1b und 2a, 2b die Tiefe der Grübchen und Aufwerfungen insgesamt geringer beziehungsweise weni­ ger hoch ist. Zusätzlich ist in Fig. 4 ein Kolbenring 1 schematisch dar­ gestellt, der auf die so bearbeitete Lauffläche aufgleitet. Es ist leicht nachvollziehbar, daß an der so bearbeiteten Lauffläche kein oder nur ein ganz geringer Einlaufvorgang notwendig ist.

Claims (8)

1. Brennkraftmaschine mit einem Kurbelgehäuse, in dem eine Kurbel­ welle drehbar gelagert ist, an der zumindest ein Pleuel angelenkt ist, das einen Kolben trägt, der in einer von einem Zylinderkopf abgedeckten Zy­ linderlaufbuchse bewegbar ist, wobei die Lauffläche der Zylinderlauf­ buchse nach dem Feinstdrehen und/oder Maßhonen gehonläppt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Lauffläche der Zylinderlaufbuchse in einem weiteren Arbeitsgang plateaugeläppt oder plateaugehont ist.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lauffläche beim Feinstdrehen und/oder Maßhonen bis auf zwischen 10 µm und 100 µm, insbesondere bis auf 20 µm unter Nenndurchmesser bearbeitet ist.

3. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lauffläche beim Honläppen auf Nenn­ durchmesser bearbeitet ist.

4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Läppmittel in einer flüssigen Auf­ schwemmung gebundenes SiC-Korn mit einer Korngröße von 150 bis 400 ist.

5. Brennkraftmaschine nach einem der Anspruche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Plateauläppung oder Plateauhonung mit einem SiC-Korn der Korngröße zwischen 500 und 1200, insbesondere einer Korngröße von 1000 erfolgt.

6. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Plateauhonzeit 20 bis 1 Sekunde, ins­ besondere 4 bis 1 Sekunde beträgt.

7. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Plateauläppzeit 50 bis 2 Sekunden, ins­ besondere 20 bis 5 Sekunden beträgt.

8. Verfahren zum Bearbeiten der Lauffläche einer Zylinderlaufbuchse für eine Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß die Lauffläche der Zylinderlaufbuchse in einem ersten Arbeitsschritt feinstgedreht und/oder maßgehont ist, daß in einem zweiten Arbeitsschritt die Lauffläche auf Nenndurchmesser honge­ läppt wird und daß in einem dritten Arbeitsschritt die Lauffläche plateau­ geläppt oder plateaugehont wird.