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Verfahren zur Herstellung von Motorzylindern Die Erfindung bezieht
sich auf ein Verfahren zur-Herstellung eines Motorzylinders aus Leichtmetall mit
einer Lauffläche aus härterem, schwerer -schmelzendem Metall.
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Die Erfindung, welche vom Verbundguß Gebrauch macht, bezweckt die
Schaffung eiii#s besonders vorteilhaften Verfahrens, um Motorzylinder aus Leichtmetall
mit einer Lauffläche aus wesentlich höher schmelzendem Metall einwandfrei zu verbinden,
so daß die Haftung der Lauffläche sowie ein gut-er Wärmeüb-ergang bei laufendem
Motor aus dem Zylinderraum an die Kühlrippen gewährleistet sind.
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Gemäß der Erfindung wird das für die Herstellung der Lauffläche dienende
Metall von höherem Schmelzpunkt mittels eines Kerns mit zentralem Eingußkanal und
seitlichen Abzweigungen im Schleuderguß, von unten nach oben aufsteigend, an die
Zylinderinnenwand unter Legierungsb-ildung angegossen.
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Das Neue der Erfindung besteht somit in der Anwendung dieser angeführten,
an sich bekannten Maßnahmen auf die Herstellung von Motorzylindern aus Leichtmetall
mit einer Lauffläche aus \ve-süntlich schwerer schmelzbarem Metall.
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Nach dem bisher bekannten Verfahren zur Herstellung einer Lauffläche
aus härterem, schwerer schmelzbarem Metall in einem Motorzylinder aus Leichtmetall
hat man zu-nächst die z. B. aus einer Kupferleglerung bzw. Bronze oder in einem
anderen Falle aus Gußeisen oder Stahl bestehend-- Lauffläche in Form einer Büchse
fertig bearbeitet und sodann das Leichtmetall um diese Bü#chse von außen angegossen.
Hierbei findet jedoch eine hinreichende Haftung der Büchse im Leichtmetallzylinder
durch Bildung einer Legierungsschicht zwischen den beiden Metallen nicht statt,
da die Erwärmungsmoglichkeit des bereits bei einer vergleichsweise niedrigen Temperatur
von etwa 66o' C zu Pulver verbrennenden Aluminiums nach oben hin begrenzt
ist. Der erwähnte bekannte Vorschlag sieht die Erwärmung der schwerer schmelzbaren
Laufbüchse aus, Gußeisen oder Stahl vor dem Angießen des Leichtmetalls vor, doch
müß#te, wenn an derBerührungsstelle eineLegierungsschicht im Sinne der Erfindung
gebildet werden soll, die Erhitzung so weit getrieben werden, daß die Temperatur
annähernd in der Höhe der Schmelztemperatur liegt, so daß die verhältnismäßig geringe
Temperaturzufuhr von dem angegossenen Leichtmetall ausreicht, uni die Laufbüchse
außen zum Schmelzen zu bringen. Wenn man aber in dieser Weise vorgehen will, so
istes pr#I"tisch äußerst schwierig, der Laufbüchse vor dem Angießen g eine Temperatur
t' gerade unterhalb
der Schmelztemperatur zu geben, und anderseits
wird, wenn sie erreicht ist, die dünnwandige Büchse im ganzen diese Temperatur haben,
so daß die Erhöhung bis auf Schmelztemperatur auf Grund der WärInezufuhr durch das
angegossene Leichtine#4e-. dann die ganze Büchse zum Schmelzen, zu-.-mindest aber
zur Verformung bringen wird. Im ersteren Falle würde das schwerer schmelzbare Metall
mit dem Leichtmetall eine Legierung bilden, doch würde die Lauffläche nicht die
gewünschten Eigenschaften des härteren Metalls aufweisen. Anderseits besteht auch
die Gefahr desVebrennens des Leichtmetalls, so daß ein derartiges Vorgehen unsicher
ist und ein Gelingen in hohem Maße vom Zufall abhängt.
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Wenn man nach dem anderen erwähnten Vorschlag für die Laufbüchse cine
Kupferlegierung., z. B. Bronze, verwendet, liegen zwar die Schmelztemperaturen nicht
so weit auseinander wie im Falle von Gußeisen oder Stahl einerseits und Aluminium
anderseits, doch ist dann die Gefahr der Bildung einer durchgehenden g Legierungshildung
c Z> zwischen dem Büchsenmetall und dem Leichtmetall um so größer, wenn die Temperaturen
vor dem Angießen des -Leichtmetalls nicht ganz genau auf-einander abgestimmt sind.
Eine solche Ab-
stimmung bereitet aber praktisch erhebliche Schwierigkeiten,
weshalb bei diesem Vorschlag der Verwendung einer Kupferlegierung eine Erwärmung
der Büchse vor dem Umgießen mit dem Leichtmetall ernstlich auch nicht in Betracht
gezogen worden ist. Wird aber die Büchse nicht vorher genügend hoch erwärmt, so
wird die Wärme aus dem angegossenen Leichtmetall infolge der annähernd gleich-en
Wärmeleitzahl von der Berührungsstelle mit der Büchse zu schnell z abgleitet, so
daß das Metall der Büchse nicht zum Schmelzen kommt und ein2 Legierungszwischenschicht
nicht _zcbildet wird.
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Die Bildun- einer Le t' gierungsschicht zivischen d-en beiden Metallen,
u elche allein einen guten Wärmeübergang bei laufendem Motor 0' -ngießen
gewährleistet, ist bei dem bekannten A
des Leichtmetalls an die Laufbüchse
nicht mit Sicherheit zu erreichen.
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Die Erfindung schafft hier Abhilfe und ermöglicht die Lösung der Aufgabe
auf einfache Weise, indem sie sich des an sich bekamiten Verhundgußverfahrens bedient,
gegen dessen Anwendung g im Falle der Auskleidung eines Leichtmetallzylinders mit
einer Laufbüchse aus Stahl, Gußeisen o. dgl. schwer schmelzbarem Metall durch Eingießen
des letzteren ein Vorurteil bestand, da -wegen der besonderen Eigenschaft-en des
Leichtmetalls ein Erfolg nicht ohne weiteres zu erwarten P
war bzw. zu erreichen
ist. Durch Anwendung der eingangs genannten e ID Z>
besonderen, an sich bekannten
Maßnahmen ist es gelungen, die gestellte Aufgabe ein--wandfrei zu lösen. Bei dem
Verfahren gemäß der Erfindung nimmt der Kern zunächst einen ,;ewissen Teil der Wärme
des eingegossenen -schwerer schmelzbaren Metalls auf, so daß die Temperatur desselben
an der Berührungsstelle mit dem Leichtmetallzylinder so weit herabgesetzt wird,
daß die Bildung einer Legierungszwischenschicht bzw. einer Schweißverbindung nur
in geringer Tiefe an der Berührungsfläche der beiden Metalle zustande kommt, eine
Schädigung des Leichtmetallzylinders durch das hocherhitzte Gußmetall jedoch verhindert
wird; anderseits verhindert der Kern eine zu schnelle Wärmeabführui#g, so daß die
gegossene Büchse und der Leichtmetallzylinder allmählich erkalten.
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Der sog. steigende Guß, bei dem das flüssige Metall von unten aufsteigend
mit hoher Füllgeschwindigkeit an die Verbindungsfläche herantritt, ist als Formguß
z. B. zur Verbindung eiserner Lagerschalen mit einem Rotgußfutte-r bekannt, wobei
ein Kern mit zentralem Eingußkanal und seitlichen Ab-
zweigungen verwendet
-wird, der das flüssig-e Metall an die lotrecht gestellte Lagerschale heranführt.
Die Haftung des Futters an der Lagerschale wird hierbei jedoch durch Aufschiumpfung
bewirkt, zu welchem Zweck an der Lagerschale Bunde -und Leisten mit schwalbenschwanzförmigen
Hintersclineidungen vorgesehen sind.
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Man hat zur Herstellung eisenarmierter Rot,gußlagerschalen zum Zwecke
des Verbundgusses im steigenden Guß auch versucht, einen Metallkörper aus dem leichter
schmelzenden der beiden zu vereinigenden Metalle seitlich in eine Gußforrn einzubauen
und dann das schwerer schmelzende Metall einzugießen -was aber deshalb meist nicht
zum Ziele führte, weil das Gußmetall beim Einfließen in die Form große Teilt
des eingebauten Metallkörpers verflüssigt und sich mit diesem mischt. Mit besserem
Erfolg hat man daher vorgeschlagen, den Lagerkörper aus leichter schmelzbarem Metall
hängend in die Form ehizubauen, und zwar mit seiner die Vereinigungsfläche mit dem
flüssigen Metall bildenden Seite nach unten, so daß das flüssige Metall aufsteigend
an diese Fläche herantreten und eine Schweißverbindung zwisehen Stahl und Rotguß
eintreten kann, ohne daß sich die beiden Metalle wie beim Schmelzen unerwünscht
weitgehend miteinander mischen. Dieses Verfahren ist indessen zur Auskleidung -eines
Motorzylinders nicht anwendbar.
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Man hat auch bereits den steigenden Guß in Verbindung mit dem Schleuderguß
vorgeschlagen.
Hierbei handelt es sich bei einem Vorschlag um das
gleichzeitige Gießen in mehrere voneinander unabhängige Formen, wobei in jeder Form
das Metall in gleicher Weise verdichtet werden soll. Es ist bei diesem Vorschlag
zwar auch daran gedacht worden, einen Teil der Form mit dem Gußmetall zu verbinden,
weshalb zur besseren Erzielung einer ausreichenden Verbindung Nuten, Auirauhungen
o. dgl. an dem Formteilangeordnet werden.
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Schließlich ist noch ein Verfahren zurHerstellun- ausgekleideter,
säurefester !Metallschmelztiegel für gewisse metallurgische und chemische. Prozesse
bekanntgeworden, nach welchem der Außenmantel des Metalltiegels mit einer phosphorhaltigen
Bleilegierunk -unter Fliehkraftwirkung in der Weise ausgekleidet -wird, daß das
verflüssigte Auskleidungsmetall auf den Boden des um seine lotrechte Längsachs,e
umlaufenden Tiegels aufgebracht und durch Schleuderwirkung verteilt wird, indem
ein hohler Metallkern mit zentralem Eingußkanal vorher in den Tiegelmantel eingesetzt
-wird. Hierbei handelt es sich um ein Gefäß mit einer dicken Auskleidung, die über
ihre Berührungsfläche hinweg durch Kohäsion zusammenhalten. Der Hohlkern ist wegen
der schlechten Wärmeleitfähigkeit der eingeschlossenen Luft zur Wärmeaufnahme und
-Wiedergabe ungeeignet und ließe sich fürdas erfindungsgemäße Verfahren -nicht verwenden,-auch
sonst gibt das bekannte Schleudergußverfahren keinerlei Hin-weis zur Anskleidung
eines Leichtmetallzylinders mit einem schwerer schmelzenden Metall unter Bildung
einer Legle-ZD rungszwischenschicht. In der Zeichnung ist eine Vorrichtung zur Ausführung
des Verfahrens zur Herstellung der Einsatzbüchse beispielsweise im senkrechten Achsenschnitt
dargestellt. Die Ab-
bildung zeigt -auch Mittel zur Anwendung des Schleuderns.
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Der Zylinder 3 aus Leichtmetall wird z. B. mittels Spannklötzen
9 auf einer Haltevorrichtun- 2 befestigt, durch die auch seüi unteres Ende
verschlossen wird. In die Bohrun- des Zylinders wird ein gegebenenfalls mehrteiliger
Kern 4 mit einer mittleren Bohrung 5 eingesetzt. Zwischen der Innenfläch-e
des Zylinders 3 und der Mantelfläche des Kerns 4 verbleibt ein Ringspalt
6, dessen Weite sich nach ZD der gewünschten Stärke der Zylinderbüchse und
nach der Fließbarkeit des zu ihrer Bildung dienenden Metalls richtet. Am oberen
Ende des Zylinders, der von einer Schult-er des Kerns abgeschlossen wird, ist eine
Erweiterung 7 der Zylinderbohrung vorgesehen C b
zur Bildung
eines die BÜchse im Zylinder verankernden Flansches, der aber iücht wesent-Hch ist.
Von tieferer Stelle der Bohrung 5
gehen radiale Kanäle 8 aus, die die
Verbindung mit dem unteren Ende des Ringspaltes 6
herstellen. Zur genauen
Zentrierung ist der Verschlußkörper 2 beispielsweise mit einer Vertiefung versehen,
in die das untere Ende des Kerns 4 eingreift, während oben der Kern den Zylinder
auf der äußeren Seite übergreifen kann. Es ist aber auch ein Gehäuse (Kokille) anwendbar,
in dem der Zylinder enthalten ist.
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Diese Einrichtung -wird für den Schleuderguß verwendet, indem die
den Zylinder tragende, Platte 2, die dann auf einer senkrechten Welle io befestigt
ist, rasch um die Zylinderachse gedreht -wird. Hierdurch wird das flüssige Metall
in den Kanälen 8 mit größerem Druck nach außen befördert, so daß es rascher
in dem Spalt aufsteigt und in diesem verdichtet wird.
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Die Anwendung dieser Vorrichtung zum Eingießen des Metalls bringt
gewisse Vorteile mit sich. Der Kern4, der auf beliebige Weise in dem Zylinder festgestellt
werden kann, kann nach oben hin beliebig lang ausgeführt sein, um einen hohen Gußkopf
zu erhalten. Er besteht zweckmäßi g aus einem wärmeisolierenden Werkstoff,
um die rasche Abkühlung beim Eingießen zu verhüten. Zu diesem Zwecke kann er aus
Sand oder aus anderem feuerbeständigem Werkstoff geformt sein. In dem zuerst genaxmten
Fall läßt -er sich durch Zerstoßen leicht entfernen, während bei Anwendung eines
festen Kerns dieser zweiteilig ausgeführt und die Teilungsfuge etwa in der Höhe
der radialen Kan äle vorgesehen wird -und die beiden Teile miteinander verzapft
werden. Man kann dann deroberen Teil, dessen Mantelfläche zweckmäßig schwach konisch
gestaltet ist, nach oben herausziehen. Die radialen Kanäle 8 können auch
an höherer Stelle des Kerns liegen.