EP0359111A2 - Faserverstärkter Leichtmetall-Zylinder für Hubkolbenmaschinen - Google Patents

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EP0359111A2
EP0359111A2 EP89116463A EP89116463A EP0359111A2 EP 0359111 A2 EP0359111 A2 EP 0359111A2 EP 89116463 A EP89116463 A EP 89116463A EP 89116463 A EP89116463 A EP 89116463A EP 0359111 A2 EP0359111 A2 EP 0359111A2
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Paul Rosche
Klaus Dr. Eigenfeld
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F7/00—Casings, e.g. crankcases or frames
    • F02F7/0085—Materials for constructing engines or their parts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/02—Cylinders; Cylinder heads  having cooling means
    • F02F1/10—Cylinders; Cylinder heads  having cooling means for liquid cooling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2253/00—Other material characteristics; Treatment of material
    • F05C2253/16—Fibres

Definitions

  • the present invention relates to a fiber-reinforced light metal cylinder for reciprocating piston machines, in particular internal combustion engines.
  • crank-cylinder housing made of light metal for internal combustion engines is known, each cylinder wall having a fiber-reinforced part on the raceway side. It has also been proposed for a fiber-reinforced light metal cylinder liner to reduce the thermal expansion of the cylinder in the longitudinal direction and the heat transfer of the cylinder wall by suitable selection of the fiber portion.
  • the invention has for its object to show a fiber reinforcement for a light metal cylinder, which also results in a reduction in thermal expansion of the cylinder with a predetermined reduced heat transfer.
  • the object is achieved in that the cylinder in the composite material with the light metal comprises a tubular fiber molded part made of short fibers, which contains separate long fibers in an arrangement essentially parallel to the cylinder axis.
  • the advantage of the invention is a combination of different fibers To see molded fiber part.
  • the outer circumference, at least in regions can be equipped with a winding layer of another long fiber.
  • Such a molded fiber part which significantly reduces the spatial thermal expansion of the cylinder when the heat transfer is desired to be small, is advantageous both for the individual production of light metal cylinders and for a composite construction of several cylinders in an internal combustion engine housing.
  • a fiber-reinforced light metal cylinder 1 for an internal combustion engine (not shown) comprises, in the material composite with the light metal 2, a tubular fiber molded part 4 made of short fibers 3.
  • the fiber molded part 4 contains separate long fibers 6 in an arrangement essentially parallel to the cylinder axis. Furthermore, the fiber molded part 4 is on the outer circumference in the area adjacent to the firing zone of the cylinder 1 equipped with a winding layer 7 of a further long fiber 8.
  • the short fibers 3 are made of ceramic material.
  • a volume fraction related to cylinder 1 can be up to 40%.
  • the long fibers 6 In order to reduce the thermal expansion of the cylinder 1 in the direction of the cylinder axis 5, the long fibers 6 have a coefficient of thermal expansion which is substantially lower than that of the light metal.
  • the long fibers 8 of the Winding layer 7 are also made of high-strength material and serve to reduce the thermal expansion of the cylinder 1 in the radial direction.
  • the cylinder 1 can be formed either individually or in combination with a machine housing, the composite material of light metal 2 and fiber molded part 4 being achieved by die casting. To further increase the cylinder 1, which is preferably used for an internal combustion engine, it can be recompressed with the winding layer 7 during die casting in its cylinder section facing a combustion zone.

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Abstract

Für einen faserverstärkten Leichtmetall-Zylinder für Hubkolbenmaschinen, insbesondere Brennkraftmaschinen, wird vorgeschlagen, daß der Zylinder im Werkstoffverbund mit dem Leichtmetall ein aus Kurzfasern gefertigtes, rohrförmiges Faserformteil umfaßt, das gesonderte Langfasern in zur Zylinderachse im wesentlichen paralleler Anordnung enthält.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen faserverstärk­ten Leichtmetall-Zylinder für Hubkolbenmaschinen, insbesondere Brennkraftmaschinen.
  • Aus der DE-OS 36 31 096 ist ein Kurbel-Zylinder-Gehäuse aus Leichtmetall für Brennkraftmaschinen bekannt, wobei jede Zylinderwand laufbahnseitig einen faserverstärkten Teil aufweist. Weiter wurde für eine faserverstärkte Leichtmetall-Zylinderlaufbuchse vorgeschlagen, durch geeignete Wahl des Faseranteils die Wärmedehnung des Zylinders in Längsrichtung sowie den Wärmedurchgang der Zylinderwand zu reduzieren.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen Leichtmetall-Zylinder eine Faserverstärkung aufzuzeigen, die bei vorbestimmt reduziertem Wärmedurchgang zugleich eine Reduzierung der Wärmedehnung des Zylinders ergibt.
  • Gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruches wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Zylinder im Werkstoff­verbund mit dem Leichtmetall ein aus Kurzfasern gefer­tigtes, rohrförmiges Faserformteil umfaßt, das geson­derte Langfasern in zur Zylinderachse im wesentlichen paralleler Anordnung enthält. Der Vorteil der Erfindung ist in einem aus unterschiedlichen Fasern kombinierten Faserformteil zu sehen. Dieses kann zur zusätzlichen Reduzierung der Wärmedehnung des Zylinders in radialer Richtung in Ausgestaltung der Erfindung am Außenumfang zumindest bereichsweise mit einer Wickellage einer weiteren Langfaser ausgerüstet sein. Ein derartiges Faserformteil, das bei gewünscht kleinem Wärmedurchgang die räumliche Wärmedehnung des Zylinders wesentlich reduziert, ist sowohl für die Einzelfertigung von Leichtmetall-Zylindern als auch für eine Verbundbauweise mehrerer Zylinder in einem Brennkraftmaschinen-Gehäuse vorteilhaft.
  • Zusätzliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Unteransprüchen angegeben, wobei ein in der Zeichnung dargestelltes Ausführungsbeispiel der näheren Beschreibung der Erfindung dient.
  • Ein faserverstärkter Leichtmetall-Zylinder 1 für eine nicht dargestellte Brennkraftmaschine umfaßt im Werk­stoffverbund mit dem Leichtmetall 2 ein aus Kurzfasern 3 gefertigtes, rohrförmiges Faserformteil 4. Das Faser­formteil 4 enthält in zur Zylinderachse im wesentlichen paralleler Anordnung gesonderte Langfasern 6. Weiter ist das Faserformteil 4 am Außenumfang in dem der Brennzone des Zylinders 1 benachbarten Bereich mit einer Wickel­lage 7 einer weiteren Langfaser 8 ausgerüstet.
  • Zur Erzielung eines vorbestimmten Wärmedurchganges des Zylinders 1 sind die Kurzfasern 3 aus keramischem Werkstoff. Ein auf den Zylinder 1 bezogener Volumenan­teil kann bis zu 40 % betragen.
  • Zur Reduzierung der Wärmedehnung des Zylinders 1 in Richtung der Zylinderachse 5 weisen die Langfasern 6 einen gegenüber dem Leichtmetall wesentlich geringeren Wärmedehnungskoeffizienten auf. Die Langfasern 8 der Wickellage 7 sind ebenfalls aus hochfestem Material und dienen der Reduzierung der Wärmedehnung des Zylinders 1 in radialer Richtung.
  • Der Zylinder 1 kann entweder einzeln oder im Verbund mit einem Maschinengehäuse ausgebildet sein, wobei der Werkstoffverbund von Leichtmetall 2 und Faserformteil 4 im Druckguß erzielt ist. Zur weiteren Steigerung des vorzugsweise für eine Brennkraftmaschine dienenden Zylinders 1 kann dieser in seinem einer Brennzone zugewandten Zylinderabschnitt mit der Wickellage 7 beim Druckgießen nachverdichtet sein.

Claims (5)

1. Faserverstärkter Leichtmetall-Zylinder für Hubkol­benmaschinen, insbesondere Brennkraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet,
- daß der Zylinder (1) im Werkstoffverbund mit dem Leichtmetall (2) ein aus Kurzfasern (3) gefertig­tes, rohrförmiges Faserformteil (4) umfaßt,
- das gesonderte Langfasern (6) in zur Zylinder­achse (5) im wesentlichen paralleler Anordnung enthält.
2. Zylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
- daß die Kurzfasern (3) entsprechend einem vorbe­stimmten Wärmedurchgang des Zylinders (1) aus keramischem Werkstoff sind und
- daß der auf den Zylinder (1) bezogene Volumenanteil bis zu 40 % betragen kann.
3. Zylinder nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Langfasern (6) entsprechend einer vorbestimmten reduzierten Wärmedehnung des Leicht­metall-Zylinders (1) einen gegenüber dem Leicht­metall wesentlich geringeren Wärmedehnungskoeffi­zienten aufweisen.
4. Zylinder nach den Ansprüchen 1 - 3, dadurch gekenn­zeichnet, daß das Faserformteil (4) in Umfangsrich­tung zumindest bereichsweise mit einer Wickel­lage (7) einer weiteren Langfaser (8) ausgerüstet ist.
5. Zylinder nach den Ansprüchen 1 - 4, dadurch gekenn­zeichnet,
- daß der Werkstoffverbund im Druckguß erzielt und
- ein einer Heißzone des Zylinders (1) zugewandter Zylinderabschnitt (Wickellage 7) nachverdichtet ist.
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