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Verfahren zum Auskleiden eines aus Leichtmetall bestehenden Motorzylinders
Die Erfindung hat ein Verfahren zum Auskleiden eines aus Leichtmetall bestehenden
Motorzylinders mit einem Futter größerer Härte und höherem Schmelzpunkt ;durch Schleuderguß
zum Gegenstand, welches im wesentlichen dadurch gekennzeichnet ist, daß das Auskleidungsmetall
durch einen zum Zylinder vorteilhaft gegenläufig umlaufenden und axial: zu ihm verschiebbaren,
;am Boden mit schräg unmittelbar gegen die Zylinderinnenfläche gerichteten Auslaßöffnung
versehenen Behälter in so dünnem Strahl -auf die Zylinderinnenfläche schraubenlinienförmig
abgelagert wird, @daß es unter Legierungsbildung mit dem Zylindermetall an der Auftragsstelle
2erstarrt.
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Gemäß der Erfindung wird die Drehzahl des Leichtmetallzylinders während
.des Eingießens zweckmäßig so hoch bemessen, daß die beim Gießvorgang erzeugten
Windungen des schraub,enlini:enfözmig abgelagerten flüssigen Metallfadens ineinander
übergehen und eine innen glatte Schicht von überall gleich= mäßiger Dicke bilden.
Es ist bereits eine Vorrichtung vorgeschlagen worden, mittels deren metallische
Laufflächen in Arbeitszylindern von Motoren durch Metallspritzung erzeugt werden
sollen und bei der oberhalb einer festen Auflage zur ruhenden Aufnahme.,des zu bearbeitenden
Hohlzylinders konzentrisch zu diesem eine Metallspritze heb.- und senkbar und zugleich
um ihre Achse drehbar angeordnet ist.
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Mit dem MetallspritzveHahren ist :die Aufgabe der Erfindung nicht
zu lösen, da eine aufgespritzte Auskleidung, mit dem Leichtmetall des Zylinders
keine Legierung eingeht, weil beim .Spritzverfahren nurc kleinste zerstäubte Metallteilchen
auf die Zylinderfläche gelangen, die ihre Wärme zu schnell bereits auf dem Wege
von der Spritzdüse zur Zylinderwand abgeben, als daß .sie noch imstande wären, das
Zylindermetall zu schmelzen. Wenn auch die Spritzdüsenöffnung bei der vorgeschlagenen
Vorrichtung auf einer Schraubenlinie bewegt wird; so erfolgt :dadurch wegen der
Eigenschaft des Metallspritzens, zumal bei Zylindern mit ;größeren Durchmessern,
die:
vorzugsweise in dieser Axt behandelt werden sollen, keine Ablage
des zerspritzten Metalls m einer Schraubenlinie auf der Zylinderfläche, wie das
bei dem flüssigen Metall gemäß dem Verfahren der Erfindung der Fall ist, bei dem
es meinem dünnen Strahl bzw. Faden schraubenlinienförmig abgelagert wird, d. h.
in einem Strahl, der dünn genug, aber .auch nicht zu dünn ist, so @daß das flüssige
Metall gerade noch unter Bildung einer Legerungszwischenschicht mit dem Zylindermetall
an der Auftragsstelle erstarrt.
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Ein nach dem Metallspritzverfahren auf eine Zylinderfläche aus Leichtmetall
aufgebrachter Überzug hat sich in der Praxis nicht bewährt.
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Zur Herstellung von Hohlkörpern, gegebenenfalls aus Verbundmetall,
im Schlsudergußverfahren ist es bekannt, das flüssige Metall auf eine in einer um
eine lotrechte Achse umlaufenden Form axial bewegliche und ebenfalls umlaufende
Verteilerscheibe zu führen, von der es in Form eines Häutchens nach allen Seiten
gegen die Innenwand der Form geschleudert wird. Diese Maßnahme ist zum Auskleiden
von Leichtmietallzylindern mit einer Kolbenlauffläche aus einem Metall mit hohem
Schmelzpunkt ungeeignet, weil die Wärme nicht genügend schnell abgeführt werden
kann, wenn das flüssige Metall. in Ringen dicht nebeneinander von oben her eingebracht
wird; es würde das flüssige Metall den Leichtmetallkörper in unerwünschter Tiefe
verflüssigen, und letzteres Metall würde wegen des geringeren spez. Gewichtes durch
den Umlauf nach innen gegen die Drehachse und das eingegossene schwerere Metall
nach !, dem Außenumfang hin wandern, so daß also das gewünschte Ergebnis, eine harte
Lauffläche, hierdurch nicht erzielt werden kann, sondern nur eine Legierung, die
da= ;nicht mehr die besonderen Eigenschaftender beiden Stoffe hat, die je für sich
ausgenutzt werden sollen.
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Demgegenüber wird bei einem Einführen des flüssigen Metalls in einer
Schraubenlinie gewissermaßen Punkt neben Punkt gesetzt; so daß die Wärme des auftreffenden
flüssigen Metalls besser abgeführt wird. Auf diese Weise gelingt es, die eingebrachte
Schicht dünn und gleichmäßig aufzutragen, wobei sich eine gleichmäßige Legierungszwischenschicht
mit dem Leichtmetall bildet, welche nicht unerwünscht tief in den Leichtmetallkörper
eindringt.
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"Bei der Herstellung von Bremstronrneln aus einem Stahlblechmantel
mit verschleißfester, Bußeiserner Ausfütterung ist es bekannt, den Stahlblechmantel
in eine Schleudergußform einzusetzen und zweckmäßig nach Vorwärmung auf eine das
Verschweißen begünstigende Temperatur mit dem in die waagerecht umlaufende Form
eingegossenen Eisen zu verbinden. Ein solches Eingießen von Metall mit hohem Schmelzpunkt
in einen Leichtmetallzylinder zur Herstellung einer inneren Laufbüchse verbietet
sich, weil das Leichtmetall des Zylinders nicht imstande ist, die Wärmemenge schnell
genug abzuführen, so daß es mit dem Zweitmetall zumindest eine unerwünscht tief
reichende Legierung eingeht, die an der Eingießsbelle am tiefsten ist.
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Es ist ferner zur Herstellung von Hohlkörpern, wie Röhren und. Gefäßen,
im Schleudergußverfahren in einer umlaufenden Form bekannt, das flüssige Metall
aus Gießrinnen derart in .die Form einzuführen, daß es schraubenlinienförmig abgelagert
wird. Diesem Verfahren liegt jedoch nicht der Gedanke gemäß vorliegender Erfindung
zugrunde.
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In der Zeichnung ist eine beispielsweise Vorrichtung zur Durchführung
des erfindungs. gemäßen Verfahrens im senkrechten Längsschnitt veranschaulicht.
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Zur Herstellung der inneren, härteren Schicht wird der Zylinder auf
einem Träger in Form einer Scheibe 3 befestigt, der am oberen Ende einer senkrecht
gelagerten Hohlspindel q. angeordnet und in Lagern 5 drehbar ist. Mittels einer
durch Nut und Feder auf der Spindel geführten Riemenscheibe 6 und eines Riemens
7 oder einer ähnlichen Antriebsvorrichtung kann die Spindel in Drehung versetzt
werden. In der Spindel ¢ ist eine Welle 8 drehbar, die auf ihrem oberen Ende einen
Behälter als Eingußtrichter 9 trägt, der an seinem Boden mit einer schräg unmitttelbar
gegen die Zylinderfläche gerichteten engen Auslaßöffnung r o versehen ist. Auf dem
unteren Ende der Welle 8 ist eine Scheibe i a befestigt, die mittels eines Riemens
13 angetrieben werden kann. Am unteren Ende der Spindel q: greift ein: Gleitring
oder eine Rollengabel i¢ an, die mittels eines Hebels 15 oder eines anderen
Bewegungsgliedes auf und nieder bewegt werden kann, um die Spindel q. zu heben und
zu senken. In dem Träger 3 können zweckmäßig öffnüngen 16 vorgesehen sein, durch
die herabfallendes Eingußmetall herausgeschleudert wird, das von einer Schale 17
aufgefangen wird.
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Im Gegensatz zu der eingangs erwähnten bekannten Vorrichtung mit heb-
und senkbarer Verteilerscheibe bleibt der zur Verteilung des Metalls dienende drehbare
Behälter 9 im vorliegenden Falle am Orte, und der Zylinder ist ihm gegenüber in
axialer Richtung verschiebbar angeordnet. Es kann der Zylinder leicht auf die Trägerscheibe
aufgespannt und von ihr abgenommen werden und somit das Auskleiden der Zylinder
in schneller Folge stattfinden.
Der Zylinder rund der Behälter 9
können vorteilhaft gegenläufig angetrieben werden, so daB durch eine Differenzwirkun g
eine gute , Verteilung .der in engen Schraubenlinlen ein-.. gebrachten Metallfäden
bewirkt wird. Die Drehzahl des Zylinders. wird so hoch bemessen, daß . die Windungen
des abgelagerten flüssigen Metallfadens ineinander übergehen und eine innen glatte
Schicht von überall gleichmäßiger Dicke bilden.
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Die Vorrichtung -wird in folgender Weise benutzt: Das auf .der Innenfläche
des Motorzylinders i B aufzutragende flüssige Metall wird in den Trichter g eingefüllt
und fließt durch den Auslaß io gegen. die Hohlzylinderwand, während der Zylinder
18 in Drehung versetzt wird. Gleichzeitig wird aber der Zylinder durch :die Vorrichtung
1q., 15 allmählich gesenkt, so daß das Eingußmetall in eng nebeneinanderliegenden
Schraubenlinien in einem dünnen Faden aufgetragen wird. Infolge der raschen Drehung
des Zylinders wird das aufgetragene härtere Metall gegen die Zylinderwand angepreßt
und bewirkt ein. teilweises Schmelzen .des Leichtmetalls des Zylinders mit niedrigerem
Schmelzpunkt an dessen Oberfläche, wobei es unter Bildung einer Legierungszwischenschicht
sodann an der Auftragsstelle erstarrt und eine fugenlose und die Wärme im arbeitenden
Motorzylinder gut ableitende Verbindung entsteht. Durch .die Fliehkraft werden aber
auch ,die schraubenförmig nebeneinanderliegenden Fäden des geschmolzenen härteren
Metalls sofort zusammengedrängt und zu einer gleichmäßigen zusammenhängenden Schicht
von gleicher Stärke vereinigt. Auf diese Weise ist es möglich, eine verhältnismäßig
dünne Schicht auf der Hohlzylinderfläche herzustellen, die zwar mit der Oberfläche
de$ Motorzylinders durch -teilweises Schmelzen des Metalls eine feste Verbindung
herstellt, jedoch so rasch abkühlt, daß der Zylinder dann aus konzentrischen Schichten
verschiedener Metalle oder Legierungen und Härten besteht.
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Die Relativdreh- und =axialbewegung von Zylinder und Behälter 9 könnte
je nach den Umständen auch anders: ;gewählt werden. Der Behälter 9 kann anfangs
bis zu gewisser Höhe gefüllt oder auch ständig nachgefüllt werden, und es kann auch
ein Druckmittel auf den Inhalt des Behälters 9 wirken. Bei der Ausführung des Verfahrens
kann je nach Erfordernis auch Wärme zu-oder abgeführt °werden, um die erforderliche
Temperatur bei 'dem Auftragen der inneren Schicht zu regeln.
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Es ist auch möglich, die Ausfütterung des Zylinders bei schräger oder
waagerecht Lage unter besonderer Ausbildung des Zuflußmundstückes herzustellen.
Ferner können mehrere Lagen übereinander durch Anwendung mehrerer Eingüsse gleichzeitig
gebildet werden.
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Als Werkstoff für die Kolbenlaufflä,che in einem Leichtmetallzylinder
kann eine bei höherer Temperatur schmelzende Legierung von größerer Härte oder ein
hartes Metall, wie Gußeisen, Stahl, verwendet werden.
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Falls die innere Schicht aus Eisen oder Stahl hergestellt werden soll,
kann zweckmäßig zum Schutz des Aluminiums gegen Verbrennung in an sich bekannter
-Weise eine Atmosphäre von indifferentem Gas,- z. B. Kohlensäure, in und gegebenenfalls
auch um den Zylinder gebildet werden, wobei die Kohlensäure auch gleichzeitig als
Kühlmittel wirken kann.