EP0504605B1 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines Zylinders einer Brennkraftmaschine - Google Patents
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Classifications
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- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D19/00—Casting in, on, or around objects which form part of the product
- B22D19/08—Casting in, on, or around objects which form part of the product for building-up linings or coverings, e.g. of anti-frictional metal
Definitions
- the invention relates to a method for producing a cylinder of an internal combustion engine and an apparatus for performing this method.
- the invention has for its object to find a method and an apparatus for manufacturing a cylinder that avoid the disadvantage of long cooling time and can precisely represent the connection between steel and cast iron with little effort.
- the single figure shows a schematic sectional illustration of a molding box 1 and therein an outer mold 2 made for vertical casting from mineral molding material.
- An associated core 3 is fastened centrally in the interior of the outer mold 2.
- the space between the core 3 and the outer mold 2, which is a casting mold 4, is dimensioned such that a steel ring 5 to be provided on its inner surface with a gray cast iron running layer and an induction coil 6 surrounding the steel ring 5 can be arranged concentrically with the core 3 to be introduced later.
- the induction coil 6 is fixed in the outer mold 2 with refractory concrete in such a way that a cavity 7 remains between the inner surface of the steel ring 5 and the outer surface of the core 3, which serves as a lower section of the mold 4 for receiving the iron forming the gray cast iron layer.
- a cavity 8 lying above the steel ring 5 forms the upper portion of the casting mold 4, the remaining cylindrical sleeve outer shape.
- the mold 4 is filled with protective gas, for example with argon.
- tubular electrical feed lines 9 of the induction coil 6 as well as the induction coil 6, which is also made from tube cross sections, run in the molded material of the outer mold 2.
- the surface section of the core 3 opposite the steel ring 5 is provided with fireclay plates 10 for protection against the heat radiation.
- the steel ring 5 is heated in the mold 4 by means of the induction coil 6 to white heat.
- the casting mold 4 is filled with liquid gray cast iron via pouring channels 11, the latter entering into a fusion welded connection with the incandescent steel ring 5.
- the composite blank After the composite blank has cooled, it is removed from the casting mold 4, destroying it, and fed to further processing.
- the preheating of the steel ring 5 can also be carried out in another way, for example by introducing a flame gas behind the steel ring 5 or according to the principle of resistance heating.
- the steel ring 5 can be provided on the inner surface with a protective layer of nickel, tin or other suitable materials before it is introduced into the casting mold 4 in order to ensure additional protection against oxidation.
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Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Zylinders einer Brennkraftmaschine sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
- Die Weiterentwicklung der Brennkraftmaschinen zu immer höheren spezifischen Leistungen hin hat es mit sich gebracht, daß die Zylinderbuchse, insbesondere in ihrem oberen Bereich, immer höheren Beanspruchungen durch Druck und Temperatur ausgesetzt ist. Daraus resultiert die Forderung, die Zylinderbuchse aus sehr hochfestem Stahl herzustellen. Gleichzeitig besteht aber auch die Forderung, das Laufverhalten der Kolbenringe auf der Zylinderbuchsenoberfläche gegenüber den mit Grauguß erzielbaren Laufeigenschaften nicht zu verschlechtern. Diese Doppelforderung wird bisher dadurch erfüllt, daß auf die Innenoberfläche der Zylinderbuchse eine Graugußlaufschicht aufgeschleudert wird. Nachteilig ist an diesem Verfahren, daß nach dem Schleudern eine sehr lange Abkühlzeit erforderlich ist, um die notwendige Qualität der Verbundguß-Zylinderbuchsen sicherzustellen. Außerdem ergeben sich bei diesem Verfahren, bei dem ein flüssiger und ein zum Teil in der Erstarrungsphase befindlicher Werkstoff miteinander verbunden werden, starke Qualitätsschwankungen, die die Ausschußquote wesentlich erhöhen.
- Das Auskleiden eines Metallzylinders mit einer Legierung auf Eisenbasis mittels Schlendern wird in der DE-B-1812766 beschrieben.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines Zylinders zu finden, die den Nachteil langer Abkühlzeit vermeiden und die Verbindung zwischen Stahl und Grauguß mit geringem Aufwand präzise darstellen kann.
- Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst.
- Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
- Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der einzigen Figur.
- Die einzige Figur zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung einen Formkasten 1 und hierin eine für senkrechten Guß aus mineralischem Formstoff hergestellte Außenform 2. Im Inneren der Außenform 2 ist ein zugehöriger Kern 3 zentrisch befestigt. Der eine Gußform 4 darstellende Zwischenraum zwischen dem Kern 3 und der Außenform 2 ist so bemessen, daß darin ein an seiner Innenoberfläche mit einer Graugußlaufschicht zu versehender Stahlring 5 und eine den Stahlring 5 umgebende Induktionsspule 6 zum später einzubringenden Kern 3 konzentrisch angeordnet werden können. Die Induktionsspule 6 ist in der Außenform 2 mit Feuerbeton derart fixiert, daß zwischen der Innenoberfläche des Stahlrings 5 und der Außenoberfläche des Kerns 3 ein Hohlraum 7 verbleibt, der als unterer Abschnitt der Gußform 4 zur Aufnahme des die Graugußschicht bildenden Eisens dient. Ein oberhalb des Stahlrings 5 liegender Hohlraum 8 bildet als oberer Abschnitt der Gußform 4 die restliche Zylinderbuchsenaußenform. Die Gußform 4 ist mit Schutzgas, zum Beispiel mit Argon, gefüllt. Zum Zwecke der Kühlwasserführung rohrförmig ausgebildete elektrische Zuleitungen 9 der Induktionsspule 6 sowie die ebenfalls aus Rohrquerschnitten hergestellte Induktionsspule 6 verlaufen im Formstoff der Außenform 2. Der dem Stahlring 5 gegenüberliegende Oberflächenabschnitt des Kerns 3 ist zum Schutz gegen die Wärmestrahlung mit Schamotteplatten 10 versehen.
- Der Stahlring 5 wird in der Gußform 4 mittels der Induktionsspule 6 auf Weißglut erhitzt. Unmittelbar anschließend wird die Gußform 4 über Gießkanäle 11 mit flüssigem Grauguß gefüllt, wobei letzterer mit dem weißglühenden Stahlring 5 eine Schmelzschweißverbindung eingeht. Nach dem Erkalten des Verbundrohlings wird dieser der Gußform 4 unter Zerstörung derselben entnommen und der Weiterverarbeitung zugeführt.
- In Abweichung vom vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel kann das Vorheizen des Stahlrings 5 auch auf andere Weise, wie zum Beispiel durch Einleitung eines Flammgases hinter den Stahlring 5 oder nach dem Prinzip der Widerstandsheizung, erfolgen. Weiterhin kann der Stahlring 5 vor seinem Einbringen in die Gußform 4 an der Innenoberfläche mit einer Schutzschicht aus Nickel, Zinn oder anderen geeigneten Materialien versehen werden, um einen zusätzlichen Oxidationsschutz zu gewährleisten.
- Das vorstehend durch seine Schritte beschriebene Verfahren zur Herstellung einer Zylinderbuchse weist in der Hauptsache folgende Vorteile auf:
- Das Vorheizen des Stahlrings verhindert, daß zwischen dem flüssigen Eisen und dem Stahlring nur eine örtlich begrenzte und damit ungenügende Verschmelzung erfolgt;
- das Vorheizen des Stahlrings verhindert, daß es wegen unterschiedlicher Temperaturen zu unterschiedlichen Schwindungsbeträgen und damit zur Bildung eines Schwindungsspalts zwischen den beiden zu verbindenden Materialien kommt;
- das Vorheizen des Stahlrings bewirkt im Gegenteil, daß es aufgrund des etwas stärkeren Schrumpfens des Stahls im Verhältnis zu dem des Graugusses zu einer kombinierten Schmelz- und Schrumpfverbindung kommt;
- das Einleiten eines Schutzgases in die Gußform 7 vor Beginn des Vorheizens des Stahlrings verhindert die Bildung einer Zunderschicht auf der Oberfläche des Stahlrings, die sonst einer sicheren Verschmelzung der beiden Materialien entgegenstehen würde;
- die nahezu unüberwindbaren Schwierigkeiten eines Verfahrens, bei dem das zunderfreie Vorheizen des Stahlrings, sein Einbringen in eine Gußform, das Schließen der Gußform und das anschließende Ausgießen mit flüssigem Eisen nacheinander erfolgen würden, entfallen durch das Vorheizen des Stahlrings in der gießfertigen Gußform unter Schutzgas;
- die reproduzierbar präzise Lage und Ausbildung der Verbindungszone zwischen Stahl und Grauguß ist ein wesentlicher Qualitätsvorteil und senkt in erheblichem Maße die Ausschußkosten gegenüber dem Schleuderverfahren.
Claims (9)
- Verfahren zum Herstellen eines Zylinders einer Brennkraftmaschine mittels einer Gußform (4), bestehend aus einer Außenform (2) und einem Kern (3) aus mineralischem Formstoff mit den Schritten:
Anbringen einer in der Gußform (4) wirkenden Wärmequelle (6) zum Erhitzen eines in die Gußform (4) einzubringenden, mit Grauguß zu verbindenden Stahlrings (5);
Einbringen des mit Grauguß zu verbindenden Stahlrings (5) in die Gußform(4);
Einbringen des Kerns (3) in die Außenform (2);
Schließen der Gußform (4);
Befüllen der Gußform (4) mit Schutzgas;
Erhitzen des Stahlrings (5) in der geschlossenen Gußform (4) bis zur Weißglut;
Eingießen des flüssigen Graugußeisens unter Bildung einer Graugußbuchse und
Abkühlen des mit der Graugußbuchse verschmolzenen Stahlrings (5). - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Erhitzen des Stahlrings (5) mittels einer Induktionsspule (6) erfolgt.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Erhitzen des Stahlrings (5) mittels Flammgas erfolgt.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Erhitzen des Stahlrings (5) nach dem Prinzip der Widerstandsheizung erfolgt.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenoberfläche des Stahlrings (5) vor Einbringen in die Gußform (4) mit einer Oxidationsschutzschicht versehen wird.
- Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Oxidationsschutzschicht eine Nickelschicht aufgebracht wird.
- Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Oxidationsschicht eine Zinnschicht aufgebracht wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Schutzgas Argon verwendet wird.
- Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer Gußform (4) die aus einer Außenform (2) und einem Kern (3) aus mineralischem Formstoff aufgebaut ist, wobei in der Gußform (4) eine Wärmequelle (6) angebracht, ein mit Grauguß zu verbindender Stahlring (5) eingebracht und mittels der Wärmequelle (6) bis fur Weißglut erhitzbar ist und die Gußform (4) mit Schutzgas befüllt ist, so daß diese beschädigungsfrei vor dem Guß erhitzbar ist.
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