DE69030469T2

DE69030469T2 - Zylinderbüchseneinsatz und Verfahren, damit einen Motorblock herzustellen

Info

Publication number: DE69030469T2
Application number: DE69030469T
Authority: DE
Inventors: Nathaniel L Field; Benjamin P Winter
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1989-07-31
Filing date: 1990-07-17
Publication date: 1997-07-24
Anticipated expiration: 2010-07-18
Also published as: EP0411785A2; EP0411785B1; EP0411785A3; US4903652A; DE69030469D1; MX174425B

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Verbrennungsmotoren und insbesondere einen Zylinderbüchseneinsatz, der in einem Zylinderblock aus einer Leichtmetallegierung, vorzugsweise Aluminium, angegossen wird, sowie ein Verfahren, einen Zylinderblock mit solch einem Zylinderbüchseneinsatz herzustellen, wobei der Zylinderblock mindestens zwei allgemein zylindrische Zylinderbüchseneinsätze umfaßtv die entlang aufeinander ausgerichteten Teilen davon zusammengefügt sind.
Ein fortwährender Trend in der Automobilindustrie ist die Verringerung der Größe und des Gewichts moderner Automobile und die Verbesserung ihrer Leistungsfähigkeit auf andere Weise aufgrund der Verknappung und der steigenden Kosten der Treibstoffe. In vielen Fällen wurde die Gewichtseinsparung erreicht, indem man Metallkomponenten durch leichtere Teile ersetzte, die aus Kunststoff, Keramikmaterial oder anderen, leichteren Materialien hergestellt sind. Der Motor des Automobus ist ein schwergewichtiger Hauptbestandteil, der sowohl verkleinert als auch aus leichteren Materialien hergestellt wurde. Eine wesentliche Gewichtseinsparung des Motors wurde erreicht, indem der Zylinderblock des Motors aus Leichtmetallegierungen, vorzugsweise Aluminiumlegierungen, anstatt aus Eisenlegierungen gegossen wurde. Wenngleich gegossene Motorblöcke aus Aluminium eine erhebliche Verringerung des Gewichts des Motors bereitstellen, müssen die Verschleißeigenschaften der Zylinderwände jenen der zugehörigen Kolbenringe entsprechen. Traditionell werden maschinell bearbeitete Zylinderbüchsen aus Gußeisen in einen vorgegossenen Motorblock aus Aluminium gepreßt, oder solche Büchsen werden vor dem Gießvorgang in die Gußform des Blocks gebracht, so daß die Büchsen im Motorblock aus Aluminium angegossen werden. Jedenfalls hängt der Erfolg der Inbetriebnahme des Blocks von der Geschwindigkeit ab, mit der die Wärme aus den Zylindern über die Schnittstelle Eisen/Aluminium abgeführt werden kannv was seinerseits von der Berührungsfläche zwischen dem Eisen und dem Aluminium abhängt.
Die Bereitstellung einzelner Zylinderbüchseneinsätze in einem Angießverfahren ist im US-Patent Nr. 4,446,906 veranschaulicht. Die einzelnen Zylinderbüchsen stellen gute Werte der Wärmeableitung bereit, weil das Aluminium um die Eisenbüchsen gegossen wird und seine Kontraktion einen guten Kontakt mit den Büchsen für die Wärmeübertragung bewirkt. Jedoch gibt es einige Nachteile. Beispielsweise sind die Gesamtabmessungen des Motors größer, weil Platz für den Kern zwischen den Zylindern bereitgestellt werden muß, und das Gießverfahren wird aufgrund der Notwendigkeit, die Zylinderbüchsen einzeln zu handhaben, komplexer.
Folglich besteht ein Bedarf an einer verbesserten Zylinderbüchse und an einem Verfahren, um einen Ieichtgewichtigen Motorzylinderblock durch Angießen einer solchen Zylinderbüchse herzustellen.
Diesem Bedarf wird durch die vorliegende Erfindung entsprochen, die ein weniger kostspieliges Verfahren zum Angießen von Zylinderbüchsen aus Eisen in Motorblöcken aus einer Leichtmetallegierung, vorzugsweise Aluminium, bereitstellt, was durch eine verbesserte Zylinderbüchse, oder genauer: Zylinderbüchseneinsatz, erreicht wird. Der Zylinderbüchseneinsatz der vorliegenden Erfindung umfaßt mindestens zwei allgemein zylindrische Zylinderbüchsen, die entlang aufeinander ausgerichteten Bereichen der Büchsen auf eine Weise, die hierin als "teilweise zusammengewachsen" bezeichnet wird, zusammengefügt sind, um eine entsprechende Anzahl von Motorzylindem festzulegen. Die Zylinderbüchsen sind vorzugsweise an den unteren Enden der Büchsen zusammengefügt, wobei die oberen Enden, in denen die Verbrennung stattfindet, unabhängig und voneinander getrennt bleiben. Wahlweise können schmale Stege am oberen Ende der Büchsen gebildet oder darüber gezogen werden, um die oberen Enden der Zylinderbüchsen während der Gießvorgange zur Herstellung des Zylinderblocks zu verbinden und zu stabilisieren, wobei solche Stege dann bei den Standardvorgängen zur Fertigbearbeitung des Blocks endgültig maschinell abgetragen werden.
Es ergibt sich ein weniger kostspieliges Gießverfahren, weil die Handhabung einzelner Büchsen für Mehrzylinder-Motorblöcke wegfällt. Dieser teilweise zusammengewachsene Zylinderbüchseneinsatz ermöglicht auch den Entwurf kompakterer Motoren, die folglich den Raum besser ausnutzen und leichter sind, während sie gute Eigenschaften der Wärmeübertragung zwischen den Zylindern an deren kritischen Enden, wo die Verbrennung stattfindet, bereitstellen. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist eine vergrößerte Gesamtsteifigkeit des Motorblocks aufgrund der vereinigten Bereiche der Büchsen. Ferner sind keine speziellen Verfahren zur Oberflächenbehandlung oder eine vorausgehende Erwärmung notwendig, um einen innigen Kontakt zwischen den Zylinderbüchsen und dem gegossenen Aluminium zu erzeugen, und es werden keine nennenswerte Veränderungen benötigt, um die teilweise zusammengewachsenen Zylinderbüchseneinsätze in den derzeit geläufigen Gießverfahren zu verwenden.
Im Einklang mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Zylinderbüchseneinsatz bereitgestellt, der mindestens zwei allgemein zylindrische Zylinderbüchsen umfaßt, die ein oberes Ende und ein gegenüberliegendes unteres Ende umfassen, sowie eine Innenfläche, die eine Verbrennungskammer dieses Motors festlegt, und eine Außenfläche, die angepaßt ist, eine geeignete Schnittstelle zu einer Leichtmetallegierung während eines Gießverfahrens zu bilden, wobei dieses obere Ende einer Zylinderbüchse dem Ende, wo die Verbrennung stattfindet, dieser Verbrennungskammer entspricht, gekennzeichnet durch eine Überbrückungsvorrichtung, die diese mindestens zwei Zylinderbüchsen entlang aufeinander ausgerichteten Bereichen der Außenflächen dieser Zylinderbüchsen verbindet, wobei sich diese aufeinander ausgerichteten Bereiche in einer gewissen Entfernung von diesen oberen Enden dieser Zylinderbüchsen befinden.
Die oberen Enden der Zylinderbüchsen sind daher frei, wodurch es der Leichtmetallegierung gestattet wird, sie zu umgeben und dadurch die Wärmeübertragung in der Nähe der Enden, wo die Verbrennung stattfindet, der Verbrennungskammer zu verbessern. Die Überbrückungsvorrichtung verbessert auch die Steifigkeit des Zylinderblocks, der einen Zylinderbüchseneinsatz nach der vorliegenden Erfindung einschließt.
Die Überbrückungsvorrichtung erstreckt sich vorzugsweise von den unteren Enden der Zylinderbüchsen zu den oberen Enden der Zylinderbüchsen, und sie kann sich zu einer Stelle erstrecken, die sich auf etwa einem Sechstel der Strecke zu den oberen Enden der Zylinderbüchsen befindet. Auf diese Weise sind die oberen Enden der Zylinderbüchsen entlang einer möglichst großen Strecke in Richtung ihrer unteren Enden frei, was einen guten Kontakt zwischen der Legierung und der Büchse und somit gute Werte der Wärmeübertragung aus den kritischen Enden der Motorzylinder, wo die Verbrennung stattfindet und die durch die Büchsen festgelegt werden, gewährleistet. Während die Überbrückungsvorrichtung zwei oder mehr Überbrückungsglieder umfassen kannv die entlang der axialen Richtung der Büchsen räumlich voneinander getrennt sind, ist die Überbrückungsvorrichtung in ihrer einfachsten und wahrscheinlich kostengünstigsten Ausführung durchgehend. Der Zylinderbüchseneinsatz kann aus Gußeisen bestehen, wobei die Außenfläche des Einsatzes so belassen wird, wie sie gegossen wurde. Die in ihrem gegossenen Zustand belassene Oberfläche ist gleichmäßiger, und es ist für die Leichtmetallegierung während des Gießvorganges leichter, um sie herum als um behandelte oder maschinell bearbeitete Oberflächen zu fließen, die häufig bereitgestellt werden, um Zylinderbüchsen in einem Zylinderblock zu befestigen. Die in ihrem gegossenen Zustand belassene Oberfläche kann in dem Zylinderbüchseneinsatz der vorliegenden Erfindung verwendet werden, weil die verbindende Überbrückungsvorrichtung den Einsatz in einem Zylinderblock an Ort und Stelle befestigt&sub1; wobei Drehungen oder andere Bewegungen bei der Herstellung und der Wartung des Blockes verhindert werden.
Im Einklang mit einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Zylinderbüchseneinsatz, der für das Angießen in einem Zylinderblock aus Leichtmetallegierung für einen Verbrennungsmotor erdacht ist, mindestens zwei allgemein zylindrische Zylinderbüchsen. Jede zylindrische Büchse umfaßt ein oberes Ende und ein unteres Ende, eine Innenfläche, die eine Verbrennungskammer des Motors festlegt, und eine Außenfläche, die angepaßt ist, eine geeignete Schnittstelle zu einer Leichtmetallegierung während eines Gießverfahrens zu bilden. Eine erste Überbrückungsvorrichtung verbindet die mindestens zwei Zylinderbüchsen entlang ersten, aufeinander ausgerichteten Bereichen der Außenflächen der Zylinderbüchsen, wobei die ersten, aufeinander ausgerichteten Bereiche von den oberen Enden der Zylinderbüchsen, die den Enden, wo die Verbrennung stattfindet, der darin geformten Verbrennungskammern entsprechen, durch einen gewissen Abstand getrennt sind. Eine zweite Überbrückungsvorrichtung verbindet die mindestens zwei Zylinderbüchsen entlang zweiten, aufeinander ausgerichteten Bereichen der Außenflächen der Zylinderbüchsen, wobei die zweitenv aufeinander ausgerichteten Bereiche nahe der oberen Enden der Zylinderbüchsen liegen.
Die zweite Überbrückungsvorrichtung kann sich von den oberen Enden der Zylinderbüchsen zu den unteren Enden der Zylinderbüchsen erstrecken, wobei sie schmale Stege bildet, die die oberen Enden der Zylinderbüchsen bei den Gießvorgängen des Zylinderblocks verbinden und stabilisieren. Wahlweise kann sich die zweite Überbrückungsvorrichtung aufwärts von den oberen Enden der Zylinderbüchsen erstrecken, um schmale Stege zu bilden, die einen Bogen über den oberen Enden der Zylinderbüchsen beschreiben, um auf ähnliche Weise die oberen Enden der Zylinderbüchsen bei den Gießvorgängen des Zylinderblocks zu verbinden und zu stabilisieren.
Im Einklang mit noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Verfahren zur Herstellung eines Zylinderblocks aus einer Leichtmetallegierung für einen Verbrennungsmotor, der einen angegossenen Zylinderbüchseneinsatz einschließt, die Schritte: Des Bildens eines Zylinderbüchseneinsatzes als integrale Einheit, die aus mindestens zwei allgemein zylindrischen Zylinderbüchsen gebildet ist, von denen jede ein oberes Ende und ein unteres Ende mit einer Überbrückungsvorrichtung besitzt, um die Zylinderbüchsen entlang aufeinander ausgerichteten Bereichen davon zu verbinden, wobei diese aufeinander ausgerichteten Bereiche so abgemessen und entlang den Zylinderbüchsen angeordnet sind, daß die oberen Enden der Zylinderbüchsen frei bleiben; des Ausrichtens von mindestens einem der Zylinderbüchseneinsätze in einem geeigneten Gießgerät; des Durchführens des Gießvorganges, um die mindestens eine Zylinderbüchse anzugießen und den Zylinderblock aus Leichtmetallegierung zu bilden; und des Entfernens des Zylinderblocks aus dem Gießgerät.
Im Einklang mit noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Verfahren zur Herstellung eines Zylinderblocks aus einer Leichtmetallegierung für einen Verbrennungsmotor, der einen angegossenen Zylinderbüchseneinsatz einschließt, die Schritte: Des Bildens eines Zylinderbüchseneinsatzes als integrale Einheit, die aus mindestens zwei allgemein zylindrischen Zylinderbüchsen gebildet ist, von denen jede ein oberes Ende und ein unteres Ende besitzt, einer ersten Überbrückungsvorrichtung, um die Zylinderbüchsen entlang ersten aufeinander ausgerichteten Bereichen der Zylinderbüchsen zu verbinden, wobei sich diese ersten aufeinander ausgerichteten Bereiche in einem gewissen Abstand von den oberen Enden der Zylinderbüchsen befinden, und einer zweiten Überbrückungsvorrichtung, um die Zylinderbüchsen entlang zweiten aufeinander ausgerichteten Bereichen der Zylinderbüchsen zu verbindenu wobei sich diese zweiten aufeinander ausgerichteten Bereiche nahe der oberen Enden der Zylinderbüchsen befinden; des Ausrichtens von mindestens einem der Zylinderbüchseneinsätze in einem geeigneten Gießgerät des Durchführens des Gießvorgangesv um die mindestens eine Zylinderbüchse anzugießen und den Zylinderblock aus Leichtmetallegierung zu bilden; und des Entfernens des Zylinderblocks aus dem Gießgerät. Bei diesem Verfahren kann sich die zweite Überbrückungsvorrichtung von den oberen Enden der Zylinderbüchsen zu den unteren Enden der Zylinderbüchsen erstrecken, um schmale Stege zu bilden, die die oberen Enden der Zylinderbüchsen beim Schritt des Durchführens des Gießvorganges verbinden und stabilisierenu in welchem Fall dann das Verfahren ferner den Schritt des Abschleifens der oberen Enden des entstandenen Zylinderblocks umfaßt, um die zweite Überbrückungsvorrichtung zu beseitigen. Wahlweise kann sich die zweite Überbrückungsvorrichtung von den oberen Enden der Zylinderbüchsen aufwärts erstrecken, um schmale Stege zu bilden, die einen Bogen über den Zylinderbüchsen beschreibenv um die oberen Enden der Zylinderbüchsen beim Schritt des Durchführens eines Gießvorganges zu verbinden und zu stabilisieren, in welchem Fall dann das Verfahren ferner den Schritt des Abschleifens der oberen Enden des entstandenen Zylinderblocks umfaßt, um die zweite Überbrückungsvorrichtung zu beseitigen.
Es ist also ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Zylinderbüchseneinsatz bereitzustellen, der mindestens zwei allgemein zylindrische Zylinderbüchsen umfaßt, die auf teilweise zusammengewachsene Weise entlang aufeinander ausgerichteten Bereichen der Büchsen zusammengefügt sind; ebenso die Bereitstellung eines verbesserten Zylinderbüchseneinsatzes, der mindestens zwei allgemein zylindrische Zylinderbüchsen umfaßt, die an ihren unteren Enden zusammengefügt sind, wobei deren oberen Enden im wesentlichen frei bleiben; und die Bereitstellung eines verbesserten Zylinderbüchseneinsatzes, der mindestens zwei allgemein zylindrische Zylinderbüchsen umfaßt, die an ihren unteren Enden zusammengefügt sind, wobei an den oberen Enden der Büchsen schmale Stege gebildet sind oder einen Bogen darüber beschreibenu um die oberen Enden der Büchsen bei Gießvorgängen des Zylinderblocks zu verbinden und zu stabilisieren. Die Erfindung wird nun weiter auf dem Wege von Beispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben werden, in denen:
Abbildung 1 eine Draufsicht einer ersten Ausführungsform eines teilweise zusammengewachsenen Zylinderbüchseneinsatzes im Einklang mit der vorliegenden Erfindung ist;
Abbildung 2 eine Vorderansicht des teilweise zusammengewachsenen Zylinderbüchseneinsatzes von Abbildung 1 ist, die entlang der Schnittlinie 2-2 teilweise aufgebrochen wurde;
Abbildung 3 eine Seitenansicht des teilweise zusammengewachsenen Zylinderbüchseneinsatzes von Abbildung 2 ist, die entlang der Schnittlinie 3-3 aufgebrochen wurde;
Abbildung 4 eine Draufsicht einer zweiten Ausführungsform eines teilweise zusammengewachsenen Zylinderbüchseneinsatzes im Einklang mit der vorliegenden Erfindung ist;
Abbildung 5 eine Vorderansicht des teilweise zusammengewachsenen Zylinderbüchseneinsatzes von Abbildung 4 ist, die entlang der Schnittlinie 5-5 teilweise aufgebrochen wurde;
Abbildung 6 eine Seitenansicht des teilweise zusammengewachsenen Zylinderbüchseneinsatzes von Abbildung 5 ist, die entlang der Schnittlinie 6-6 aufgebrochen wurde;
Abbildung 7 eine perspektivische Ansicht eines aufgebrochenen teilweise zusammengewachsenen Zylinderbüchseneinsatzes von dem in Abbildung 1 gezeigten Typ ist, der zwei zusammengefügte Einsätze umfaßt; und
Abbildung 8 eine teilweise aufgebrochene Vorderansicht einer alternativen Ausführungsform eines teilweise zusammengewachsenen Zylinderbüchseneinsatzes von dem in den Abbildungen 4-6 gezeigten Typ ist.
Es wird nun auf die Abbildungen der Zeichnungen Bezug genommen, die einige unterschiedliche Ausführungsformen eines Zylinderbüchseneinsatzes im Einklang mit der vorliegenden Erfindung wiedergeben. Der Zylinderbüchseneinsatz wird angegossen, um einen Zylinderblock aus Leichtmetallegierung, vorzugsweise Aluminium, für einen Verbrennungsmotor zu bilden. Der Zylinderbüchseneinsatz umfaßt mindestens zwei allgemein zylindrische Zylinderbüchsen, die entlang aufeinander ausgerichteten Bereichen der Büchsen auf teilweise zusammengewachsene Weise zusammengefügt sind, um eine entsprechende Anzahl von Zylindern für einen Verbrennungsmotor festzulegen, der den Einsatz in seinem Motorblock einschließt.
Eine erste Ausführungsform eines Zylinderbüchseneinsatzes 100 nach der vorliegenden Erfindung ist in den Abbildungen 1-3 und 7 gezeigt. In den Abbildungen 1-3 wird der Einsatz 100 drei allgemein zylindrische Zylinderbüchseneinsätze 102 umfassend gezeigt, wobei die links wiedergegebene Büchse 102 in den Abbildungen 1 und 2 aufgebrochen gezeigt ist. In Abbildung 7 umfaßt der Einsatz 100 zwei Zylinderbüchsen 102. Die Zylinderbüchsen 102 besitzen obere Enden 104 und untere Enden 106, eine Innenfläche 108, die eine Verbrennungskammer eines Motorblocks festlegt, der den Einsatz 100 enthält, und eine Außenfläche 110, die angepaßt ist, während eines Gießverfahrens eine geeignete Schnittstelle zu einer Leichtmetallegierung zu bilden.
Vorzugsweise ist der Einsatz 100 aus Gußeisen gebildet, und die Außenfläche 110 befindet sich in ihrem ursprünglich gegossenen Zustand. Es sollte augenscheinlich sein, daß die Anzahl der Zylinderbüchsen 102, die in einem bestimmten Einsatz 100 eingeschlossen sind, von der Anzahl der Zylinderv die ein Motor, der den Einsatz 100 einschließt, aufweisen soll, und der Konfiguration des Motors abhängig sein wird. Beispielsweise würde ein V6-Motor zwei Einsätze 100 besitzen, die je drei Zylinderbüchsen 102 einschließen, ein V8-Motor würde zwei Einsätze 100 mit je vier Zylinderbüchsen 102 verwenden, und ein Sechszylinder-Reihenmotor würde einen Einsatz 100 verwenden, der sechs Zylinderbüchsen 102 umfaßt.
Die Zylinderbüchsen 102 sind durch eine Überbrückungsvorrichtung oder eine erste Überbrückungsvorrichtung vorzugsweise an den unteren Enden 106 davon zusammengefügt, wobei die oberen Enden 104, die die Enden der Zylinder festlegen, in denen die Verbrennung stattfindet, die durch die Innenflächen 108 der Büchsen 102 gebildet werden, unabhängig und frei bleiben. Demzufolge kann die Leichtmetallegierung die oberen Enden 104, wo die Verbrennung stattfindet, der Zylinderbüchsen 102 während des Gießvorganges umgeben und somit die Wärmeübertragung nahe der Endenu in denen die Verbrennung stattfindet, der Verbrennungskammern in einem Motorblock fördern, der unter Verwendung eines oder mehrerer der Einsätze 100 hergestellt wird. Die Überbrückungsvorrichtung zur Verbindung der Zylinderbüchsen 102 umfaßt Stege 112, die ebenso dazu dienen, die Steifigkeit eines Zylinderblocks zu erhöhenv der den Zylinderbüchseneinsatz 100 einschließt.
In den veranschaulichten Ausführungsformen der Erfindung erstrecken sich die Stege 112 von den unteren Enden 106 der Zylinderbüchsen 102 zu den oberen Enden 104 der Zylinderbüchsen 102, beispielsweise zu einem Punkt bei etwa einem Sechstel der Länge der Zylinderbüchsen 102. Es sei angemerkt, daß sich die Stege 112 nicht direkt an den unteren Enden 106 der Zylinderbüchsen 102 oder in unmittelbarer Nähe davon befinden müssen, solange die oberen Enden 104 der Zylinderbüchsen 102 genügen weit auseinander liegen oder getrennt sind, so daß die Leichtmetallegierung, die zum Gießen eines Motorblocks verwendet wirdv die oberen Enden 104 der Büchsen 102 zwecks guter Wärmeübertragung darauf sicher berühren kann. Die Stege 112 sind auch als durchgehend wiedergegeben, d.h. es gibt keine Lücken oder Unterbrüche in den Stegen 112, die die Stege 112 in zwei oder mehr Teile oder Segmente, die benachbarte Büchsen 102 verbinden, unterteilen würden. Obgleich durchgehende Stege 112 als bevorzugte und kostengünstigste Form der vorliegenden Erfindung betrachtetu können auch segmentierte Stege verwendet werden.
Eine zweite Ausführungsform der Erfindung ist in den Abbildungen 4-6 gezeigt, und eine Alternative zu dieser Ausführungsform in der Abbildung 8. Da die Ausführungsformen der Abbildungen 4-6 und 8 im wesentlichen gleich den Ausführungsformen der Abbildungen 1-3 und 7 sind, die vorstehend beschrieben wurden, mit der Ausnahme, daß eine zweite Überbrückungsvorrichtung hinzugefügt wurde, werden einander entsprechende Teile durch dieselben Kennziffern bezeichnet. Da sich das Aluminium bei seiner Erstarrung in den Gießverfahren zusammenzieht, ist es möglich, daß die oberen Enden 104 der Zylinderbüchsen 102 von ihren Stellungenu in die sie ursprünglich geformt oder gegossen wurden, aufgrund der Kräfte des sich kontrahierenden Aluminiums bei Zylinderbüchseneinsätzen 100 gewisser Grtße wegbiegen. Solche Abweichungen sind unerwünscht, weil sie zu einer ungleichmäßigen Wandstärke der Büchsen 102 bei einer maschinellen Fertigbearbeitung des Motorblocks führen. Dies ist besonders für Einsätze 100 von Belang, die aus Büchsen 102 geringster Stärke hergestellt sind, was natürlich erwünscht ist, um das Gewicht der Motorblöcke, die die Einsätze aufnehmen, auf ein Minimum zu reduzieren.
Die Ausführungsformen der Erfindung, die in den Abbildungen 4-6 und 8 gezeigt sind, überwinden diese Probleme&sub1; indem sie eine zweite Überbrückungsvorrichtung bereitstellenu um die mindestens zwei Zylinderbüchsen 102 entlang zweiten, aufeinander ausgerichteten Bereichen der Außenflächen 110 der Zylinderbüchsen 102 zu verbinden, wobei die zweiten aufeinander ausgerichteten Bereiche nahe der oberen Enden 104 der Zylinderbüchsen 102 liegen. Wie in den Abbildungen 4-6 gezeigt, erstreckt sich die zweite Überbrückungsvorrichtung von den oberen Enden 104 der Zylinderbüchsen 102 zu den unteren Enden 106 der Zylinderbüchsen 102, um schmale Stege 114 zu bilden, die die oberen Enden 104 der Zylinderbüchsen während der Gießvorgänge des Zylinderblocks zusammenfügen und stabilisieren. Die schmalen Stege 114 und ein Bereich der oberen Enden 104 der Büchsen 102 werden gegebenenfalls nach der Bildung des Blocks maschinell abgetragen, weil die Aluminiumfüllung um die Stege 114 keine zufriedenstellenden Wärmeübertragungswerte bereitstellen könnte. Um den benötigten Bearbeitungsschritt möglicherweise zu verringern, kann sich die zweite Überbrückungsvorrichtung von den oberen Enden 104 der Zylinderbüchsen 102 unter Bildung schmaler Stege 116, die einen Bogen oberhalb der Zylinderbüchsen 102 beschreiben, um die oberen Enden 104 der Zylinderbiichsen 102 während der Gießvorgänge des Zylinderblocks zusammenzufügen und zu stabilisieren, aufwärts erstrecken.
Die vorliegende Erfindung umfaßt ein Verfahren zur Herstellung eines Zylinderblocks aus einer Leichtmetallegierung, vorzugsweise Aluminium, für einen Verbrennungsmotor, der einen oder mehr Zylinderbüchseneinsätze 100 im Einklang mit den Lehren der vorstehenden Offenbarung umfaßt, wobei dieser Büchseneinsatz bzw. diese Büchseneinsätze zur Bildung des Zylinderblocks angegossen werden. Das Verfahren umfaßt die Schritte: Des Bildens eines Zylinderbüchseneinsatzes 100 als integrale Einheit, die aus mindestens zwei allgemein zylindrischen Zylinderbüchsen 102 gebildet ist, von denen jede ein oberes Ende 104 und ein unteres Ende 106 mit einer Überbrückungsvorrichtung besitzt, die Stege 112 umfaßt, die die Zylinderbüchsen 102 entlang aufeinander ausgerichteten Bereichen davon verbindet, wobei diese aufeinander ausgerichteten Bereiche so abgemessen und entlang den Zylinderbüchsen 102 angeordnet sind&sub1; daß die oberen Enden 104 der Zylinderbüchsen 102 frei bleiben; des Ausrichtens von mindestens einem der Zylinderbüchseneinsätze 100 in einem geeigneten Gießgerät; des Durchführens eines Gießvorganges, um den mindestens einen Zylinderbüchseneinsatz 100 anzugießen und den Zylinderblock aus Leichtmetallegierung zu bilden; und des Entfernens des Zylinderblocks aus diesem Gießgerät.
Wahlweise kann das Verfahren den Schritt der Herstellung eines Zylinderbüchseneinsatzes 100 als integrale Einheit umfassen, die aus mindestens zwei allgemein zylindrischen Zylinderbüchsen 102 gebildet ist, von denen jede ein oberes Ende 104 und ein unteres Ende 106 umfaßt sowie eine erste Überbrückungsvorrichtung, die Stege 112 umfaßt, die die Zylinderbüchsen 102 entlang ersten aufeinander ausgerichteten Bereichen der Zylinderbüchsen 102 verbinden, wobei sich diese ersten aufeinander ausgerichteten Bereiche in einem gewissen Abstand von den oberen Enden 104 der Zylinderbüchsen 102 befinden, und eine zweite Überbrückungsvorrichtung, die schmale Stege 114 umfaßt, die die Zylinderbüchsen 102 entlang zweiten aufeinander ausgerichteten Bereichen der Zylinderbüchsen 102 verbinden, wobei sich diese zweiten aufeinander ausgerichteten Bereiche nahe der oberen Enden 104 der Zylinderbüchsen 102 befinden; des Ausrichtens von mindestens einem der Zylinderbüchseneinsätze 100 in einem geeigneten Gießgerät; des Durchführens eines Gießvorgangesv um die mindestens eine Zylinderbüchse 100 anzugießen und den Zylinderblock aus Leichtmetallegierung zu bilden; und des Entfernens des Zylinderblocks aus dem Gießgerät.
Die zweite Überbrückungsvorrichtung kann sich von den oberen Enden 104 der Zylinderbüchsen 102 zu den unteren Enden 106 der Zylinderbüchsen 102 erstrecken, um schmale Stege 114 zu bilden, die die oberen Enden 104 der Zylinderbüchsen 102 beim Schritt des Durchführens des Gießvorganges verbinden und stabilisieren, wobei das Verfahren ferner den Schritt des Abschleifens der oberen Enden des Zylinderblocks umfaßt, um die schmalen Stege 114 zu beseitigen. Wahlweise kann sich die zweite Überbrückungsvorrichtung von den oberen Enden 104 der Zylinderbüchsen 102 aufwärts erstrecken, um schmale Stege 116 zu bilden, die einen Bogen über den Zylinderbüchsen 102 beschreiben, um die oberen Enden 104 der Zylinderbüchsen 102 beim Schritt des Durchführens eines Gießvorganges zu verbinden und zu stabilisierenu wobei das Verfahren dann auch den Schritt des Abschleifens der oberen Enden des entstandenen Zylinderblocks umfaßt, um die zweite Überbrückungsvorrichtung zu beseitigen.
Es sollte ersichtlich seinv daß ein verbesserter Zylinderbüchseneinsatz 100 und ein Verfahren zur Herstellung eines Zylinderblocks aus Leichtmetallegierung, der einen oder mehrere der Einsätze 100 verwendet, offenbart wurden, um ein einfacheres und günstigeres Gießen von Zylinderblöcken aus Leichtmetallegierung zu ermöglichen. Weil sie teilweise zusammengewachsen sind, erlauben die Einsätze 100 der vorliegenden Erfindung die Handhabung von zwei oder mehr Zylinderbüchsen in einem Arbeitsvorgang, wobei sie aber gute Wärmeübertragungswerte für die Zylinderblöcke bereitstellen, die unter Verwendung der Einsätze gebildet wurden. Weil die Einsätze 102 teilweise zusammengewachsen sindv ist die Stellung der Einsätze 102 stabil befestigtu wobei auch die einfache Steuerung der Relativpositionen der Einsätze ermöglicht wird. Die Einsätze können so verwendet werden, daß ihre Außenflächen im ursprünglich gegossenen Zustand verbleibenv so daß keine spezielle maschinelle Fertigbearbeitung auf die Einsätze angewandt werden muß, um vertikale oder horizontale Rillen zur Befestigung der Einsätze in einem Zylinderblock zu bilden, wie es nach dem Stand der Technik benötigt werden könnte. Dies beseitigt nicht nur Bearbeitungsvorgänge und somit Kosten, sondern es sorgt auch für eine gleichmäßigere Oberfläche, um die die Gießlegierung leichter fließen und somit einen besseren Kontakt zu den Zylinderbüchsen herstellen kann. Ferner sind die Vorwärmtemperaturen der Büchsen niedrig genugu daß die Einsätze 100 beim Stahldruckgießen oder Sandformgießen verwendet werden können.

Claims

1. Ein Zylinderbüchseneinsatz, der für das Angießen in einem Zylinderblock aus Leichtmetallegierung für einen Verbrennungsmotor vorgesehen ist, wobei dieser Zylinderbüchseneinsatz mindestens zwei allgemein zylindrische Zylinderbüchsen (102) umfaßt, die je ein oberes Ende (104) und ein gegenüberliegendes unteres Ende (106) umfassen, sowie eine Innenfläche (108), die eine Verbrennungskammer dieses Motors festlegt, und eine Außenfläche (110), die angepaßt ist, eine geeignete Schnittstelle zu einer Leichtmetallegierung während eines Gießverfahrens zu bilden, wobei dieses obere Ende (104) einer Zylinderbüchse dem Ende, wo die Verbrennung stattfindet, dieser Verbrennungskammer entspricht, gekennzeichnet durch eine Überbrückungsvorrichtung (112), die diese mindestens zwei Zylinderbüchsen (102) entlang aufeinander ausgerichteten Bereichen der Außenflächen (110) dieser Zylinderbüchsen (102) verbindetv wobei sich diese aufeinander ausgerichteten Bereiche in einer gewissen Entfernung von diesen oberen Enden (104) dieser Zylinderbüchsen befinden.

2. Ein Zylinderbüchseneinsatz nach Anspruch 1, der für das Angießen in einem Zylinderblock aus Leichtmetallegierung für einen Verbrennungsmotor vorgesehen ist, worin sich diese Überbrückungsvorrichtung (112) von den unteren Enden (106) dieser Zylinderbüchsen (102) zu den oberen Enden (104) dieser Zylinderbüchsen (102) erstreckt.

3. Ein Zylinderbüchseneinsatz nach Anspruch 2,V der für das Angießen in einem Zylinderblock aus Leichtmetallegierung für einen Verbrennungsmotor vorgesehen ist, worin sich diese Überbrückungsvorrichtung (112) von den unteren Enden (106) dieser Zylinderbüchsen (102) zu einem Punkt bei etwa einem Sechstel der Strecke zu den oberen Enden (104) dieser Zylinderbüchsen (102) erstreckt.

4. Ein Zylinderbüchseneinsatz nach Anspruch 3, der für das Angießen in einem Zylinderblock aus Leichtmetallegierung für einen Verbrennungsmotor vorgesehen ist, worin diese Überbrückungsvorrichtung (112) durchgehend ist.

5. Ein Zylinderbüchseneinsatz nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, der für das Angießen in einem Zylinderblock aus Leichtmetallegierung für einen Verbrennungsmotor vorgesehen ist, worin dieser Zylinderbüchseneinsatz aus Gußeisen gebildet ist.

6. Ein Zylinderbüchseneinsatz nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, der für das Angießen in einem Zylinderblock aus Leichtmetallegierung für einen Verbrennungsmotor vorgesehen ist, worin die Außenfläche dieses Zylinderbüchseneinsatzes in ihrem ursprünglich gegossenen Zustand belassen wird.

7. Ein Zylinderbüchseneinsatz nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, der ferner durch eine zweite Überbrückungsvorrichtung (114) gekennzeichnet ist, die diese mindestens zwei Zylinderbüchsen (102) entlang aufeinander ausgerichteten, zweiten Bereichen der Außenflächen dieser Zylinderbüchsen (102) verbindetv wobei sich diese aufeinander ausgerichtetenv zweiten Bereiche in der Nähe dieser oberen Enden (104) dieser Zylinderbüchsen (102) befinden.

8. Ein Zylinderbüchseneinsatz nach Anspruch 7, worin sich diese zweite Überbrückungsvorrichtung (114) von den oberen Enden (104) dieser Zylinderbüchsen (102) zu den unteren Enden (106) dieser Zylinderbüchsen (102) unter Bildung von schmalen Stegen (114) erstreckt, die die oberen Enden (104) dieser Zylinderbüchsen (102) verbinden.

9. Ein Zylinderbüchseneinsatz nach Anspruch 7, der für das Angießen in einem Zylinderblock aus Leichtmetallegierung für einen Verbrennungsmotor vorgesehen ist, worin sich diese zweite Überbrückungsvorrichtung (114) aufwärts von den oberen Enden (104) dieser Zylinderbüchsen (102) unter Bildung von schmalen Stegen (116) erstreckt, die einen Bogen oberhalb dieser Zylinderbüchsen (102) beschreiben, um die oberen Enden (104) dieser Zylinderbüchsen (102) zu verbinden.

10. Ein Verfahren zur Herstellung eines Zylinderblocks aus einer Leichtmetallegierung für einen Verbrennungsmotor, der einen angegossenen Zylinderbüchseneinsatz einschließt, wobei dieses Verfahren die Schritte des Bildens eines Zylinderbüchseneinsatzes (100) nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6 als integrale Einheit umfaßt sowie des Ausrichtens dieses Zylinderbüchseneinsatzes (100) in einem geeigneten Gießgerätv des Durchführens eines Gießvorganges, um diesen Zylinderbüchseneinsatz (100) anzugießen und diesen Zylinderblock aus Leichtmetallegierung zu bilden, und des Entfernens dieses Zylinderblocks aus diesem Gießgerät.

11. Ein Verfahren zur Herstellung eines Zylinderblocks aus einer Leichtmetallegierung für einen Verbrennungsmotor, der einen angegossenen Zylinderbüchseneinsatz einschließt, wobei dieses Verfahren die Schritte des Bildens eines Zylinderbüchseneinsatzes (100) nach irgendeinem der Ansprüche 7 bis 9 umfaßt sowie des Ausrichtens dieses Zylinderbüchseneinsatzes (100) in einem geeigneten Gießgerät, des Durchführens eines Gießvorganges, um diesen Zylinderbüchseneinsatz (100) anzugießen und diesen Zylinderblock aus Leichtmetallegierung zu bilden, des Entfernens dieses Zylinderblocks aus diesem Gießgerät, und das den Schritt des Abschleifens der oberen Enden dieses Zylinderblocks, um diese zweite Überbrückungsvorrichtung (114) zu entfernen, umfaßt.