EP0826444B1

EP0826444B1 - Light-metal blank for use in insert-casting of another light-metal object and method for preparing the surface of the blank

Info

Publication number: EP0826444B1
Application number: EP97112343A
Authority: EP
Inventors: Franz Rückert; Peter Stocker
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 1996-08-27
Filing date: 1997-07-18
Publication date: 2000-09-20
Anticipated expiration: 2017-07-18
Also published as: CN1083741C; DE59702377D1; DE19634504A1; JPH1094867A; KR100256706B1; EP0826444A1; JP3054816B2; BR9704502A; CN1180598A; US6286583B1; KR19980018442A; US6074763A; ES2152061T3

Description

Die Erfindung betrifft einen in ein Leichtmetall-Gußteil einzugießenden Rohling eines anderen Leichtmetallteiles und ein Verfahren zu dessen Herstellung, wie beides beispielsweise aus der DE 44 38 550 A1 am Beispiel einer in ein Kurbelgehäuse eingegossenen Zylinderlaufbüchse als bekannt hervorgeht.The invention relates to a cast in a light metal casting Blank of another light metal part and a process for its manufacture, like both, for example from DE 44 38 550 A1 using the example of a crankcase cast cylinder liner emerges as known.

Durch das Eingießen von gesondert gefertigten Zylinderlaufbüchsen in Leichtmetall-Kurbelgehäuse kann die Zylinderlaufbüchse im Hinblick auf die Laufeigenschaften des Hubkolbens darin unabhängig von dem Werkstoff des Kurbelgehäuses optimiert werden. Hierbei hat man auch schon beachtliche Erfolge erzielen können. Allerdings können sich Probleme beim Eingießen der Zylinderlaufbüchsen in das Leichtmetall-Kurbelgehäuse dadurch ergeben, daß die Bindung der Büchsenaußenseite mit dem Kurbelgehäusewerkstoff nur unzureichend ist. Durch eine stoffschlüssig unvollkommene Anbindung kann es im Motorbetrieb zu einer Behinderung des Wärmeabflusses der Abwärme des Hubkolbenmotors und in besonders ungünstig gelagerten Fällen sogar zu einem Lockern der Zylinderlaufbüchse im Kurbelgehäuse kommen. Bei anderen einzugießenden Teilen, beispielsweise geschmiedete Kolbenmulden in einem gegossenen Kolben, ist eine gute Bindung allein schon aus Festigkeitsgründen unverzichtbar.By pouring separately manufactured cylinder liners The cylinder liner can be mounted in a light alloy crankcase with regard to the running properties of the reciprocating piston in it independently be optimized by the material of the crankcase. Here you have already achieved considerable success. However, there may be problems pouring the cylinder liners result in the light alloy crankcase that the binding of the outside of the sleeve with the crankcase material is insufficient. Due to a materially imperfect Connection can lead to a disability in engine operation the heat flow of the waste heat of the reciprocating engine and in particularly unfavorable cases even to loosen the cylinder liner come in the crankcase. With others parts to be poured, for example forged piston recesses in a cast piston, a good bond is enough indispensable for strength reasons.

Die DE 43 28 619 C2 geht auf die Problematik einer guten stoffschlüssigen Bindung der Leichtmetall-Komponenten beim Eingießen insbesondere am Beispiel einer einzugießenden Zylinderlaufbüchse ein und will einen porenfreien Stoffschluß zwischen Büchsenaußenseite und Gehäusewerkstoff durch eine gezielte Vorwärmung der Zylinderlaufbüchse erreichen. Der auf eine bestimmte Temperatur, beispielsweise 450°C vorgewärmte und in die Gießform eingebrachte Rohling einer Zylinderlaufbüchse wird durch die einströmende Schmelze des Gehäusematerials oberflächlich angeschmolzen und geht dadurch eine innige Verbindung mit dem Gehäusewerkstoff ein. Durch eine hohe, parallel zur Kontaktfläche gerichte Strömung der Schmelze wird dieser Effekt noch begünstigt, indem nicht nur aufgrund eines besseren Wärmeaustauches ein vermehrtes Anschmelzen bewirkt wird, sondern indem auch die stets vorhandene Oxidhaut von der Kontaktseite der Büchse abgewaschen wird. Diese intensive Relativströmung der Schmelze kann durch verschiedene Maßnahmen gewährleistet werden. Die genannte Druckschrift erwähnt in diesem Zusammenhang eine geschickte Auswahl und Verteilung der Angußstellen oder ein Rühren der Schmelze oder auch ein Induzieren von elektrischen Wirbelströmen, die Fluidströmungen in der Schmelze verursachen. Nachteilig an diesem Verfahren ist, daß die auf Temperaturen, die ein sicheres Anschmelzen bewirken, vorgewärmten Büchsenrohlinge insbesondere beim Gießen von vielzylindrigen Kurbelgehäusen nur schwierig zu handhaben sind. Beim sukzessiven Einsetzen der einzelnen, vorgewärmten Büchse in das Gießwerkzeug muß entweder - abkühlungsbedingt - mit unterschiedlichen Büchsentemperaturen beim Abguß gerechnet werden oder es müssen in das Gießwerkzeug Heizelemente zum Warmhalten der bereits eingesetzten Büchsenrohlinge vorgesehen werden, was das Gießwerkzeug komplizierter macht und die Wärmeabfuhr des erstarrenden Gußwerkstückes beeinträchtigt. In jedem fall muß ein Vorwärmofen installiert werden, der weitere Investitionskosten und der vor allem laufende Energiekosten verursacht. Außerdem können die hohen Vorwärm-Temperaturen zu unerwünschten Gefügeveränderungen im Werkstoff der Zylinderlaufbüchse führen, die deren Laufeigenschaften ungünstig beeinflussen können. Tribologisch relevante Gefügeveränderungen werden auf jeden Fall erreicht, wenn der Büchsenrohling beim Eingießen bis nahen in den Bereich der Lauffläche aufgeschmolzen wird. Es ist hierbei zu berücksichtigen, daß beim Büchsenrohling an der Innenseite ein Bearbeitungsaufmaß von wenigstens etwa 1 mm vorgesehen ist. Um also ein Durchschmelzen des Büchsenrohlings wirklich an allen stellen zu verhindern, müßte ein entsprechend dickwandiger Rohling vorgesehen werden. Aus Gründen eines möglichst geringen Zylinderabstandes ist jedoch eine möglichst dünnwandige Zylinderlaufbüchse erwünscht. Ist die Büchse hingegen - aus welchen Gründen auch immer, d.h. aus Vorsicht oder aus Nachlässigkeit - nicht genügend vorgewärmt, so stehen zumindest beim Druckgießen nur sehr kurze Zeiten beim Formfüllen und bis zur beginnenden Erstarrung zur Verfügung, so daß in der Kürze der hier verfügbaren Zeiten die Anschmelz-Maßnahmen der angesprochenen Art nicht oder nur sehr unvollkommen greifen können.DE 43 28 619 C2 addresses the problem of a good material connection Binding of the light metal components when pouring in particular using the example of a cylinder liner to be cast and wants a non-porous material bond between the outside of the can and housing material through targeted preheating reach the cylinder liner. The one at a certain temperature, For example, 450 ° C preheated and in the mold introduced blank of a cylinder liner is through the inflowing melt of the housing material melted on the surface and thereby creates an intimate connection with the housing material on. Due to a high, parallel to the contact surface directional flow of the melt, this effect is further promoted, not only because of better heat exchange an increased melting is effected, but also by the Always wash off the oxide skin from the contact side of the sleeve becomes. This intense relative flow of the melt can can be guaranteed by various measures. The said In this context, the publication mentions a clever one Selection and distribution of the sprue points or stirring the Melt or induction of electrical eddy currents, which cause fluid flows in the melt. Disadvantageous What is important about this process is that the temperatures are a cause safe melting, preheated rifle blanks especially when casting multi-cylinder crankcases only are difficult to handle. With successive insertion of the single, preheated can in the mold must either - due to cooling - with different bush temperatures be counted when casting or it must be in the casting tool Heating elements to keep the rifle blanks already in use be provided, which complicates the casting tool makes and the heat dissipation of the solidifying cast workpiece impaired. In any case, a preheating furnace must be installed the further investment costs and above all the ongoing ones Causes energy costs. In addition, the high preheating temperatures to undesirable structural changes in the material of the cylinder liner, the running characteristics can adversely affect. Tribologically relevant structural changes are definitely achieved when the rifle blank when pouring in close to the tread area is melted. It should be noted that a machining allowance on the inside of the rifle blank of at least about 1 mm is provided. So it's melting through of the rifle blank to really prevent a correspondingly thick-walled blank would have to be provided become. For the sake of the smallest possible cylinder spacing However, a thin-walled cylinder liner is desirable. However, if the box is - for whatever reason, i.e. out of caution or negligence - not enough preheated, so there are only very short ones, at least during die casting Times when filling the mold and until solidification begins So that in the short time available here the Melting measures of the type mentioned are not or only very much can imperfectly grip.

Aufgabe der Erfindung ist es, den gattungsgemäß zugrundegelegte Rohling eines einzugießenden Leichtmetallbauteiles sowie das entsprechende Herstellungsverfahren dahingehend zu verbessern, daß die Rohlinge auch ohne Vorwärmung auf breiter Fläche einen innigen Stoffschluß beim Eingießen mit dem Gußwerkstoff des Umgußteiles eingehen.The object of the invention is the generic one Blank of a light metal component to be cast and the to improve the corresponding manufacturing processes, that the blanks unite over a wide area without preheating intimate bond when pouring with the casting material of the casting come in.

Diese Aufgabe wird bei Zugrundelegung des gattungsgemäßen Rohlings erfindungsgemäß durch die Merkmale von Anspruch 1 und bezüglich des verfahrensmäßigen Aspektes durch die Merkmale von Anspruch 6 gelöst. Wichtig ist, daß die außenseitig liegende Kontaktfläche des Rohlings eine Topographie mit einer Vielzahl spitz auslaufender Materialerhebungen, z.B. in pyramidenähnlicher oder lanzettartiger Form aufweist, die an ihrer Basis breitflächig ungestört in den Basiswerkstof des Rohlings übergehen. Die Spitzen dieser vielen kleinen pyramiden- oder lanzettartigen Materialausschülpungen bzw. - aufwerfungen an der Kontaktseite des Rohlings schmelzen trotz der bestehenden Oxidhaut beim Kontakt mit der Schmelze des Umgußteiles schlagartig im Bereich ihrer Spitze an, weil auf dieser kleinen Kontaktzone die über den Schmelze-Kontakt zugeführte Wärmeenergie ausreichend hoch und der Wärmeabfluß in die Tiefe des Werkstoffes zunächst noch gering ist, so daß lokal genügend Energiedichte zur Verfügung steht, um die Barriere der Oxidhaut lokal zu überwinden. Die eingeleiteten Anschmelzungen breiten sich sehr rasch in der oberflächennahen Schicht auf der Kontaktseite des Rohlings aus. Die pyramidenähnlichen oder lanzettartigen Materialausschülpungen bzw. - aufwerfungen stellen also Initialisierungsstellen für den Anschmelzvorgang dar. Wegen des raschen Voranschreitens eines einmal begonnenen Anschmelzvorganges und wegen der sehr dichten Besetzung der Kontaktseite mit solchen Initialisierungsstellen wachsen die begonnenen Anschmelzungen sehr schnell zu einer zusammenhängenden oberfächennahen Anschmelzzone zusammen. Die Anschmelzung breitet sich also rasch in der Fläche aus, dringt aber nur relativ wenig in die Tiefe der Rohlingwandung ein, so daß auf der gegenüberliegenden Wandungsseite des Rohlings, z.B. auf der Laufseite des Kolbens, das Gefüge unbeeinflußt bleibt.This task is based on the generic blank according to the invention by the features of Claim 1 and in terms of the procedural aspect solved the features of claim 6. Important is that the outside contact surface of the blank a topography with a large number of pointed material surveys, e.g. pyramid-like or lancet-like Form that is undisturbed in the base over a wide area Pass over the base material of the blank. The top of these many small pyramid or lancet-like material protrusions or - melt peaks on the contact side of the blank despite the existing oxide skin on contact with the melt of the cast part suddenly in the area of its tip, because on this small contact zone over the melt contact supplied thermal energy is sufficiently high and the heat flow in the depth of the material is initially still small, so locally enough energy density is available to cross the barrier to overcome the oxide skin locally. The meltdowns initiated spread very quickly in the near-surface layer on the contact side of the blank. The pyramid-like or lancet-like material protrusions or poses provide initialization points for the melting process Because of the rapid progression of a once started Melting process and because of the very dense occupation of the Contact side with such initialization points are growing Meltings started very quickly to a coherent melting zone near the surface. The melting spreads quickly across the surface, but only penetrates relatively little in the depth of the blank wall, so that on the opposite wall side of the blank, e.g. on the Running side of the piston, the structure remains unaffected.

Mit der Erfindung sind die folgenden zahlreichen und recht unterschiedlichen Vorteile erzielbar:

Entfall einer Vorwärmung des Eingußteiles, insbesondere des Büchsenrohlings zum Eingießen mit den damit zusammenhängenden Investitions- und Betriebskosten sowie den Handhabungsproblemen;
durch das Aufrauhen der Außen- bzw. Kontaktfläche des Eingußteiles wird zugleich die Wirkung einer ohnehin erforderlichen Reinigung erzielt, so daß ein gesondertes Reinigen entbehrlich ist; der investive und laufende Kostenaufwand für das Aufrauhen ist etwa vergleichbar mit dem für ein Reinigen, so daß das Aufrauhen praktisch keinen Mehraufwand erfordert;
im Falle von einzugießenden Büchsenrohlingen können mit hoher Prozeßsicherheit tribologisch relevanten Gefügeveränderungen auf der Laufseite des Büchsenrohlinges vermieden werden;
Ermöglichung dünnerer Wandstärken beim Eingußteil; zumindest können dünnere Wandstärken prozeßsicher beherrscht werden als beim Eingießen mit Gußteilvorwärmung;
dünnere Zylinderwandstärken erlauben geringere Zylinderabstände und somit bei gleichem Hubraum kürzere, leichtere und kostengünstigere Motoren, die kleinere Motorräume im Kraftfahrzeug und - massebedingt - einen geringeren Kraftstoffverbrauch für das damit angetriebene Kraftfahrzeug ermöglichen;
gegenüber dem Eingießen nicht-aufgerauhter Eingußteile ist eine bessere und über der Erstreckung der Kontaktfläche weithin gleichmäßig gute metallurgische Verbindung zwischen Eingußteil und Umgußteil erzielbar;
im Falle von Zylinderlaufbüchsen ist dadurch - wie Messungen ergeben haben - eine höhere Fertigungsgenauigkeit, insbesondere ein geringerer fertigungsbedingter Zylinderverzug erzielbar, weil eine stoffschlüssig gut in das Kurbelgehäuse eingebundene Zylinderlaufbüchse steifer ist als eine im wesentlichen nur formschlüssig umfaßte Büchse;
aufgrund der besseren metallurgischen Anbindung der Büchse an den Gehäusewerkstoff ist eine höhere Steifigkeit und eine in Umfangs- und Axialrichtung gleichmäßige, also homogene Zylinderwandung und bei Montage des Zylinderkopfes mit zwischengeschalter Dichtung ein geringerer montagebedingter Zylinderverzug erzielbar;
wegen der hochfesten stoffschlüssigen Einbindung der Zylinderlaufbüchse in das Kurbelgehäuse sind endseitige Sicherungsbunde an der Büchse entbehrlich, wodurch die Büchse fertigungstechnisch besonders einfach gestaltet und somit kostengünstig herstellbar ist;
im Falle von Zylinderlaufbüchsen ist aufgrund der besseren metallurgischen Anbindung der Büchse an den Gehäusewerkstoff im Motorbetrieb ein besserer und in der Fläche gleichmäßigerer Wärmeübergang, ein gleichmäßigeres Temperaturprofil der Zylinderlaufbüchse in Umfangs- und in Axialrichtung und ein geringerer thermisch bedingter Zylinderverzug erzielbar;
außerdem ist das Temperaturniveau der gut eingebundenen Zylinderlaufbüchse insgesamt niedriger als bei nicht-aufgerauht eingegossenen Zylinderlaufbüchsen, was sich im Motorbetrieb günstig auf die Ölabdampfrate und somit auf den Ölverbrauch und auf den Gehalt an schmierölseitig verursachten Kohlenwasserstoffen im Abgas auswirkt;
höhere fertigungsbedingte Formgenauigkeit, geringere montagebedingte Zylinderverzüge und geringere betriebsbedingte Temperaturverzüge der Zylinderlaufbüchsen wiederum erlauben ein geringeres Kolbenspiel, was sich günstig auf den Gehalt an kraftstoffseitig verursachten Kohlenwasserstoffen im Abgas auswirkt;
die hohe Formgenauigkeit der Lauffläche ergibt darüber hinaus eine geringer Schwingungsanregung für den Kolben und somit einen ruhigeren Motorbetrieb;
die hohe Formgenauigkeit der Lauffläche ergibt aber auch eine bessere Dichtwirkung der Kolbenringe und somit geringere Durchblasverluste und einen geringeren Ölverbrauch, also einen besseren Wirkungsgrad, einen geringeren Kraftstoffverbrauch und geringere Emissionen insbesondere an ölseitig verursachten Kohlenwasserstoffen.

The following numerous and quite different advantages can be achieved with the invention:

No preheating of the cast part, in particular the sleeve blank for casting, with the associated investment and operating costs and handling problems;
by roughening the outer or contact surface of the pouring part, the effect of an already necessary cleaning is achieved, so that a separate cleaning is unnecessary; the investment and current cost of roughening is roughly comparable to that of cleaning, so that roughening requires practically no additional effort;
in the case of rifle blanks to be cast in, tribologically relevant structural changes on the barrel side of the rifle blank can be avoided with high process reliability;
Allowing thinner wall thickness for the casting; at least thinner wall thicknesses can be mastered reliably than when casting with casting preheating;
thinner cylinder wall thicknesses allow shorter cylinder distances and thus, with the same displacement, shorter, lighter and less expensive engines, which allow smaller engine compartments in the motor vehicle and - due to mass - lower fuel consumption for the motor vehicle driven thereby;
compared to the pouring of non-roughened cast parts, a better metallurgical connection between the cast part and the cast part, which is largely uniform over the extent of the contact surface, can be achieved;
in the case of cylinder liners - as measurements have shown - higher manufacturing accuracy, in particular less manufacturing-related cylinder distortion, can be achieved because a cylinder liner that is well integrated into the crankcase is stiffer than a liner that is essentially only positively encased;
Due to the better metallurgical connection of the bush to the housing material, a higher rigidity and a uniform, i.e. homogeneous cylinder wall in the circumferential and axial direction and when installing the cylinder head with an intermediate gasket, less assembly-related cylinder distortion can be achieved;
Because of the high-strength, integral integration of the cylinder liner into the crankcase, end-side locking collars on the liner are unnecessary, which makes the liner particularly simple in terms of production technology and thus inexpensive to produce;
in the case of cylinder liners, the better metallurgical connection of the liner to the housing material in engine operation means better heat transfer in terms of surface area, a more uniform temperature profile of the cylinder liner in the circumferential and axial directions and less thermally induced cylinder distortion;
in addition, the temperature level of the well-integrated cylinder liner is overall lower than that of non-roughened cast-in cylinder liners, which has a favorable effect on the oil evaporation rate in engine operation and thus on the oil consumption and on the content of hydrocarbons in the exhaust gas caused by the lubricating oil;
In turn, higher manufacturing-related dimensional accuracy, lower assembly-related cylinder distortions and lower operating-related temperature distortions of the cylinder liners allow less piston play, which has a favorable effect on the content of hydrocarbons in the exhaust gas caused by the fuel;
the high dimensional accuracy of the tread also results in less vibration excitation for the piston and thus quieter engine operation;
The high dimensional accuracy of the tread also results in a better sealing effect of the piston rings and thus lower blow-through losses and lower oil consumption, that is to say a better efficiency, lower fuel consumption and lower emissions, in particular on hydrocarbons caused on the oil side.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteransprüchen entnommen werden; im übrigen ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles nachfolgend noch erläutert; dabei zeigen:

Fig. 1: eine partielle Schnitt-Ansicht einer Hubkolbenmaschine mit eingegossener Zylinderlaufbüchse,
Fig. 2: das Rohteil der Zylinderlaufbüchse für die Hubkolbenmaschine nach Figur 1 in Einzeldarstellung,
Fig. 3: einen metallographischen Querschnitt durch die Wandung des Rohteils nach Figur 2 in einem oberflächennah liegenden Bereich - Detail III gemäß Figur 2 -, die Art der Rauheit der außenseitigen Oberfläche zeigend,
Fig. 4: eine rasterelektronen-mikroskopische Photographie eines außenseitigen Oberflächenausschnittes - Einzelheit IV in Figur 2 - des Rohteils nach Figur 2, die Topographie der Oberfläche zeigend,
Fig. 5: einen metallographischen Querschnitt durch die Zylinderwandung des Kurbelgehäuses nach Figur 1 im Grenzbereich zwischen eingegossener Zylinderlaufbüchse und Gehäusebasiswerkstoff - Detail V gemäß Figur 1 -, an einer Stelle guter stoffschlüssiger Bindung zwischen Zylinderlaufbüchse und Gehäusebasiswerkstoff,
Fig. 6: einen ähnlichen metallographischen Querschnitt wie nach Figur 5, jedoch bei einer um den Faktor 10 geringeren Vergrößerung als Figur 5 und an einer Stelle poröser Bindung zwischen Zylinderlaufbüchse und Gehäusebasiswerkstoff,
Fig. 7: einen ähnlichen metallographischen Querschnitt wie nach Figur 6 und bei gleicher Vergrößerung wie Figur 6, jedoch an einer Stelle ohne Bindung zwischen Zylinderlaufbüchse und Gehäusebasiswerkstoff,
Fig. 8a bis 8f: eine Folge von Ultraschall-Remissions-Aufnahmen der Laufflächen von eingegossenen und vor dem Eingießen erfindungsgemäß außenseitig aufgerauhten Zylinderlaufbüchsen eines sechszylindrigen Kurbelgehäuses, die Verteilung der Bindung zwischen Zylinderlaufbüchse und Gehäusebasiswerkstoff über der - abgewickelten - Mantelfläche der Zylinderlaufbüchse zeigend, wobei der kreuzschraffierte, eine gute stoffschlüssige Bindung repräsentierende Bereich anteilig eine große Fläche einnimmt,
Fig. 9a bis 9h: zum Vergleich eine ähnliche Folge von Ultraschall-Remissions-Aufnahmen eines prizipiell baugleichen, jedoch achtzylindrigen Kurbelgehäuses, bei dem die Büchsenrohlinge außenseitig in konventioneller Weise spanabhebend überdreht waren, wobei der kreuzschraffierte Bereich einer guten Bindung anteilig eine kleine Fläche einnimmt,
Fig. 10: eine Verfahrensanordnung zum Partikelstrahlen der Außenfläche des Laufbüchsenrohlinges,
Fig. 11: eine vergrößerte Einzeldarstellung einiger weniger scharfkantig gebrochener Hartstoff-Partikel, die beim erfindungsgemäßen Oberflächenstrahlen verwendet werden und
Fig. 12: ein Diagramm mit verschiedenen Häufigkeitsverteilungen der Größe der Strahlpartikel im Neuzustand, nach Gebrauch und nach Pflege des Strahlmaterials.

Expedient embodiments of the invention can be found in the subclaims; otherwise, the invention is explained below with reference to an embodiment shown in the drawing; show:

Fig. 1: a partial sectional view of a reciprocating piston machine with cast-in cylinder liner,
Fig. 2: the raw part of the cylinder liner for the reciprocating piston machine according to Figure 1 in individual representation,
Fig. 3: 3 shows a metallographic cross section through the wall of the raw part according to FIG. 2 in a region close to the surface - detail III according to FIG. 2, showing the type of roughness of the outside surface,
Fig. 4: a scanning electron microscopic photograph of an outside surface section - detail IV in FIG. 2 - of the blank according to FIG. 2, showing the topography of the surface,
Fig. 5: 2 shows a metallographic cross section through the cylinder wall of the crankcase according to FIG. 1 in the border area between the cast-in cylinder liner and the housing base material - detail V according to FIG. 1, at one point of a good material bond between the cylinder liner and the housing base material,
Fig. 6: 5 shows a metallographic cross section similar to that of FIG. 5, but with an enlargement that is 10 times smaller than that of FIG. 5 and at one point a porous bond between the cylinder liner and the housing base material,
Fig. 7: 6 shows a metallographic cross section similar to that of FIG. 6 and at the same magnification as FIG. 6, but at a point without a bond between the cylinder liner and the housing base material,
8a to 8f: a sequence of ultrasonic remission recordings of the treads of cast-in cylinder liners of a six-cylinder crankcase, which, according to the invention, are roughened on the outside, according to the invention, showing the distribution of the bond between the cylinder liner and the housing base material over the - developed - lateral surface of the cylinder liner, the cross-hatched, good material bond representative area takes up a large area,
9a to 9h: for comparison, a similar sequence of ultrasound remission recordings of a crankcase, which is basically identical in construction but has eight cylinders, in which the bush blanks were turned over in a conventional manner by machining, the cross-hatched area of a good binding taking up a small area proportionately,
Fig. 10: a process arrangement for particle blasting the outer surface of the liner blank,
Fig. 11: an enlarged individual view of a few less sharp-edged hard material particles that are used in surface blasting according to the invention and
Fig. 12: a diagram with different frequency distributions of the size of the blasting particles in new condition, after use and after care of the blasting material.

Die in Figur 1 partiell dargestellte Hubkolbenmaschine enthält ein Kurbelgehäuse 2 aus Druckguß, in der nach oben freistehende Zylindermäntel 4 (in sog. open-deck-Bauweise) zur Aufnahme einer Zylinderlaufbüchse 6 angeordnet sind, in denen ein Kolben 3 auf und ab beweglich geführt ist. Oben auf dem Kurbelgehäuse 2 ist unter Zwischenfügung einer Zylinderkopfdichtung ein Zylinderkopf 1 mit den Einrichtungen für einen Ladungswechsel und die Ladungszündung angebracht. Innerhalb des Kurbelgehäuses ist um den Zylindermantel 4 herum ein Hohlraum zur Bildung eines Wassermantels 5 für die Zylinderkühlung vorgesehen.The reciprocating piston machine partially shown in FIG. 1 contains a crankcase 2 made of die-cast, in the free-standing upward Cylinder jackets 4 (in the so-called open-deck design) to accommodate one Cylinder liner 6 are arranged in which a piston 3rd is guided up and down. On top of the crankcase 2 is a cylinder head with the interposition of a cylinder head gasket 1 with the facilities for a gas exchange and the charge ignition attached. Is inside the crankcase around the cylinder jacket 4 around a cavity to form a Water jacket 5 provided for the cylinder cooling.

Die Zylinderlaufbüchse 6 wird zuvor als Einzelteil nach einem hier nicht näher interessierenden Verfahren in einer vorzugsweise übereutektischen Aluminium/Silizium-Legierung hergestellt, dann als Rohteil in das Kurbelgehäuse 2 eingegossen und gemeinsam mit dem Kurbelgehäuse fertig bearbeitet.The cylinder liner 6 is previously as a single part after a in a method not of interest here hypereutectic aluminum / silicon alloy made, then cast as a blank in the crankcase 2 and finished together with the crankcase.

Wichtig beim Eingießen der Zylinderlaufbüchse in das Kurbelgehäuse ist, daß auf einem möglichst großen Flächenanteil eine gute, ungestörte stoffschlüssige Verbindung zwischen Büchsenwerkstoff und Gehäusewerkstoff zustandekommt. Zu diesem Zweck weist der Rohling 9 auf seiner vom Werkstoff 16 des Leichtmetall-Kurbelgehäuses 2 zu umfassenden, außenseitigen Oberfläche 10 eine gewisse Mindestrauheit von Rauheit 20 µm, vorzugsweise von 30 bis 60 µm auf, wobei die Topographie dieser Oberfläche durch spitz auslaufende, in grober Näherung pyramidenähnliche oder lanzettartige Materialausschülpungen oder Materialaufwerfungen 11 gebildet ist. Die außen spitz auslaufenden, in ihrer Form und Größe stochastisch ausgebildeten und annähernd gleichmäßig über die Oberfläche 10 verteilten Materialerhebungen 11 gehen an ihrer Basis breitflächig ungestört in den Basiswerkstoff der Zylinderlaufbüchse über. Beim Zusammentreffen der Schmelze des Gehäusewerkstoffes mit der Außenfläche 10 der Zylinderlaufbüchse schmelzen die Spitzen dieser vielen kleinen Materialerhebungen trotz einer Oxidhaut schlagartig an, weil auf dieser kleinen Kontaktzone die über den Schmelze-Kontakt zugeführte Wärmeenergie ausreichend hoch und der Wärmeabfluß in die Tiefe des Werkstoffes zunächst noch gering ist, so daß lokal genügend Energiedichte zur Verfügung steht, um die Barriere der Oxidhaut lokal überwinden zu können. Die eingeleiteten Anschmelzungen breiten sich sehr rasch in der oberflächennahen Schicht auf der kontaktseite des Büchsenrohlings aus. Wegen des raschen Voranschreitens eines einmal begonnenen Anschmelzvorganges und wegen der sehr dichten Besetzung der Kontaktseite mit solchen Initialisierungsstellen wachsen die begonnenen Anschmelzungen sehr schnell zu einer zusammenhängenden oberfächennahen Anschmelzzone zusammen. Die Anschmelzung breitet sich also rasch in der Fläche aus, dringt aber nur relativ wenig in die Tiefe der Büchsenwandung ein, so daß nahe der Kolbenlaufseite der Büchse das Gefüge unbeeinflußt bleibt, wobei hier auch noch ein Bearbeitungsaufmaß von wenigstens 1 mm zu berücksichtigen ist. Es kommt beim Eingießen trotz eines geringen Temperaturniveaus der in das Gießwerkzeug eingelegten Zylinderlaufbüchsen breitflächig eine gute stoffschlüssige Verbindung zwischen Zylinderlaufbüchse und Kurbelgehäuse zustande. Dank des geringen Temperaturnieveaus, beispielsweise Raumtemperatur, lassen sich die Zylinderlaufbüchsen problemlos handhaben und lagern. Die gute Bindung beim Eingießen kommt sogar auch dann noch zustande, wenn die in das Gießwerkzeug eingelegten Zylinderlaufbüchsen mittelbar über den werkzeugseitigen Zentrierdorn, auf den sie lagedefiniert aufgesteckt sind, gekühlt werden. Durch diese Kühlung, beispielsweise aufgrund einer Wasserdurchströmung des Zentrierdornes, können nicht nur die Abkühlzeiten des Gußstückes reduziert und somit die Produktivität gesteigert werden, sonder es kann auch eine u.U. gefügeverändernde Erwärmung des Büchsengefüges weit unterhalb der Schmelztemperatur verhindert werden.Important when pouring the cylinder liner into the crankcase is that on as large an area as possible good, undisturbed material connection between sleeve material and housing material. To this end shows the blank 9 on the material 16 of the light metal crankcase 2 to comprehensive, outside surface 10 a certain minimum roughness of 20 µm, preferably from 30 to 60 µm, with the topography of this surface through tapering, roughly pyramid-like or lancet-like material protrusions or material poses 11 is formed. The outside tapering in their Shape and size stochastically formed and almost uniform Material elevations 11 distributed over the surface 10 go undisturbed at their base in the base material the cylinder liner over. When the Melt the housing material with the outer surface 10 of the cylinder liner melt the tips of these many little ones Material surveys abruptly despite an oxide skin because on this small contact zone over the melt contact supplied thermal energy is sufficiently high and the heat flow in the depth of the material is initially still small, so locally enough energy density is available to cross the barrier to be able to overcome the oxide skin locally. The meltdowns initiated spread very quickly near the surface Layer on the contact side of the barrel blank. Because of the rapid progress of a melting process that has already started and because of the very dense occupation of the contact page With such initialization points, the meltdowns started to grow very quickly to a coherent surface Melting zone together. The melting spreads so quickly in the area, but penetrates relatively little the depth of the sleeve wall so that close to the piston side the structure of the box remains unaffected, whereby here a machining allowance of at least 1 mm must also be taken into account is. It occurs when pouring in spite of a minor Temperature levels of the cylinder liners inserted in the casting tool a good material connection over a wide area between the cylinder liner and the crankcase. thanks the low temperature level, for example room temperature, the cylinder liners can be easily handled and to store. The good bond when pouring comes in even then still occurs when the cylinder liners inserted in the casting tool indirectly via the centering mandrel on the tool side, onto which they are attached in a defined position, are cooled. This cooling, for example due to the flow of water not only the cooling times of the casting and thus increased productivity , but it may also be a structure-changing Heating of the can structure far below the melting temperature be prevented.

Die Qualität der erzielbaren, guten stoffschlüssigen Verbindung sei nachfolgend anhand der Figuren 5 bis 9 näher erläutert. In der Figurenfolge 5, 6 und 7 sind drei grundsätzlich unterscheidbare Bindungsqualitäten in einem metallographischen Querschitt aus der Kontaktzone 17 zwischen eingegossener Zylinderlaufbüchse und Gehäusebasiswerkstoff - Detail V gemäß Figur 1 - gezeigt.The quality of the achievable, good material connection will be explained in more detail with reference to Figures 5 to 9. In the sequence of figures 5, 6 and 7 are three fundamentally distinguishable Binding qualities in a metallographic cross-section from the contact zone 17 between the cast cylinder liner and housing base material - detail V according to FIG. 1 - shown.

Figur 5 zeigt in einer sehr starken, durch einen gedehnten Maßstab angedeutete Vergrößerung eine gute stoffschlüssige Bindung zwischen Zylinderlaufbüchse und Gehäusebasiswerkstoff, die in den Darstellungen der Figuren 8a bis 8f bzw. 9a bis 9h kreuzschraffiert angedeutet ist. Die Darstellung der Figur 5 läßt deutlich den ungestörten Übergang des Werkstoffes 15 der Zylinderlaufbüchse in den Werkstoff 16 des Kurbelgehäuses an der ehemaligen Kontaktzone 17 erkennen.Figure 5 shows in a very strong, by an expanded scale indicated enlargement a good material bond between the cylinder liner and the housing base material, which in cross-hatched in the representations of FIGS. 8a to 8f and 9a to 9h is indicated. The representation of Figure 5 lets clearly the undisturbed transition of the material 15 of the cylinder liner in the material 16 of the crankcase on the recognize former contact zone 17.

Figur 6 zeigt einen ähnlichen metallographischen Querschnitt wie Figur 5, jedoch bei einer um den Faktor 10 geringeren Vergrößerung, erkennbar an dem angegebenen Maßstab, an einer Stelle poröser Bindung zwischen Zylinderlaufbüchse und Gehäusebasiswerkstoff, deren Erstreckung in den Darstellungen der Figuren 8a bis 8f bzw. 9a bis 9h punktiert dargestellt ist. Es wechseln hier kleine Stellen guter Bindung mit ausgedehnteren Bereichen einer frontartigen Absetzung der unterschiedlichen Werkstoffe, in die auch Lufteinschlüsse eingelagert sind. Figure 6 shows a similar metallographic cross section as in FIG. 5, but with a magnification that is lower by a factor of 10, recognizable by the specified scale, in one place porous bond between cylinder liner and housing base material, their extension in the representations of the figures 8a to 8f or 9a to 9h is shown dotted. It here change small parts of good bond with extended ones Areas of frontal deposition of the different Materials in which air pockets are also embedded.

In dem bei gleicher Vergrößerung wie Figur 6 gezeigten, metallographischen Querschnitt nach Figur 7 ist einer Stelle ohne Bindung zwischen Zylinderlaufbüchse und Gehäusebasiswerkstoff zu sehen; solche Bereiche sind in den Darstellungen der Figuren 8a bis 8f bzw. 9a bis 9h weiß gelassen. An der Kontaktzone 17 sind hier ein kleiner Spalt von wenigstens 1µm Spaltweite und mehrere Lufteinschlüsse zu erkennen.In the metallographic shown at the same magnification as Figure 6 Cross-section according to Figure 7 is a point without Bond between cylinder liner and housing base material to see; such areas are in the representations of the figures 8a to 8f or 9a to 9h left white. At contact zone 17 are a small gap of at least 1 µm and detect multiple air pockets.

In den Figuren 8a bis 8f einerseits bzw. den Figuren 9a bis 9h andererseits sind Ultraschall-Remissions-Aufnahmen (dazu näheres weiter unten) der Laufflächen von eingegossenen und vor dem Eingießen außenseitig unterschiedlich behandelten Zylinderlaufbüchsen eines sechs- bzw. achtzylindrigen Kurbelgehäuses gezeigt, wobei die Figuren 8a bzw. 9a dem ersten Zylinder, 8b bzw. 9b dem zweiten Zylinder usw. und die Figur 8f dem sechsten bzw. Figur 9h dem achten Zylinder des Kurbelgehäuses zugeordnet ist. Es handelt sich in beiden Fällen um Motoren mit V-förmiger Anordnung der Zylinderbänke, weshalb die Remissionsaufnahmen der einzelnen Zylinder in zwei Reihen angeordnet sind. Die langen Seiten der Rechtecke entsprechen dem oberen bzw. der unteren Ende der Zylinderlauffläche. Die kurzen Seiten entsprechen der Mantellinie der Laufflächen, die zur Vorderseite oder Steuergehäuseseite der Brennkraftmaschine weist; die vertikale Mittellinie der rechteckigen Mantelfläche weist zur hinteren Seite des Motors hin, wo das Getriebe angeordnet ist. Die vertikalen Ein-Viertel-Teilungslinien bzw. die Drei-Viertel-Teilungslinien der Aufnahmen muß man sich an den Seiten der Zylinderreihen liegend vorstellen. Und zwar entsprechen die zur Mitte der Figuren 8 bzw. 9 zugekehrt liegenden o.g. Teilungslinien der Remissionsaufnahmen den zur Mitte des V-Motors zugekehrt liegenden Mantellinien, also denen auf der Einlaßseite, wogegen die zum Figurenrand zugekehrt liegenden Teilungslinien den außenseitig liegenden Mantellinien - auf der Auslaßseite - entsprechen.In Figures 8a to 8f on the one hand and Figures 9a to 9h on the other hand are ultrasound remission recordings (more on this below) of the treads of the cast and before the Pouring cylinder liners treated differently on the outside a six- or eight-cylinder crankcase shown, Figures 8a and 9a the first cylinder, 8b or 9b the second cylinder etc. and FIG. 8f the sixth or Figure 9h assigned to the eighth cylinder of the crankcase is. In both cases, the engines are V-shaped Arrangement of the cylinder banks, which is why the remission pictures of the individual cylinders are arranged in two rows. The lengths Sides of the rectangles correspond to the top and bottom, respectively End of the cylinder barrel. The short sides correspond the surface line of the treads that face the front or timing case side the internal combustion engine has; the vertical center line the rectangular lateral surface faces the rear side of the engine where the gearbox is located. The vertical One-quarter division lines or the three-quarter division lines the recordings must be on the sides of the rows of cylinders imagine lying down. They correspond to the middle of the figures 8 or 9 facing the above Dividing lines of the remission recordings those facing the middle of the V-engine Surface lines, i.e. those on the inlet side, against which dividing lines facing the edge of the figure on the outside lying surface lines - on the outlet side - correspond.

Solche Ultraschall-Remissions-Aufnahmen werden unter Wasser gewonnen, wobei das Wasser als Ausbreitungs- und Kontaktmedium zwischen Ultraschallquelle bzw. -empfänger einerseits und zu untersuchendem Objekt andererseits dient. Das Wasser und der Wandungswerkstoff stellen gewissermaßen ein mehr oder weniger homogenes Ausbreitungsmedium für den Ultraschall dar, welches durch Fehlstellen im Metall, beispielsweise quer zur Ausbreitungsrichtung liegende Spalte oder nicht-stoffschlüssige Kontaktstellen gestört ist. Derartige Fehlstellen vermag der Ultraschall nur zu einem geringen Bruchteil zu überbrücken, wogegen der größere Anteil der primären Schallenergie an solchen Fehlstellen reflektiert wird. Zentrisch in der Mitte der zu prüfenden Zylinderlaufbüchse wird auf einer bestimmten Höhe und mit einer bestimmten Orientierung ein Ultraschallsender, der zugleich Ultraschallempfänger ist, angeordnet. Der Ultraschallsender emittiert eng gebündelt ein sehr kurzes Ultraschallsignal und der Ultraschallempfänger empfängt das von der Zylinderwand reflektierte Echo, wobei nicht die Laufzeit sondern die Intensität des Echos erfaßt wird. Durch diese Art der Ultraschalluntersuchung werden nichtmetallische Einschlüsse innerhalb des zu untersuchenden Objektes durch einen Anstieg der Intesität des remitierten Schalles detektiert, ähnlich wie in einem Gas Staubpartikel, Rauch o.dgl durch Einstrahlen eines hellen Lichtes sichtbar gemacht werden können. An Stellen einer störungsfreien, guten stoffschlüssigen Bindung zwischen eingegossener Zylinderlaufbüchse und Kurbelgehäuse - gemäß Figur 5 - geht der emittierte Ultraschallimpuls nahezu echofrei durch die störungsfreie Wandung hindurch; die Intensität des Echos ist hier sehr gering. An durch Lufteinschlüsse und kleine Spalte gestörten Stellen - Figur 6 - ist die Intensität des remittierten Ultraschalles sehr viel größer, wogegen bei flächenhaft ausgedehnten Spalten - Figur 7 - ein sehr hoher Anteil des ausgesandten Ultraschalles zurückgeworfen wird. Mit einer solchen Versuchsanordnung kann man nun mit hoher örtlicher Auflösung die gesamte Oberfläche einer Zylinderlaufbüchse zeilenweise abfahren und erhält dadurch Ultraschall-Remissions-Aufnahmen über der abgewickelten Mantelfläche der Zylinderlaufbüchse, wie sie in den Figuren 8a bis 8f bzw. 9a bis 9h zu sehen sind. Such ultrasound remission images are obtained under water, using water as a medium of propagation and contact between ultrasound source or receiver on the one hand and to inspecting object on the other hand. The water and the To a certain extent, wall material represents a more or less homogeneous propagation medium for ultrasound, which due to defects in the metal, for example across the direction of propagation horizontal gaps or non-integral contact points is disturbed. Ultrasound is capable of such defects to bridge only a small fraction, against the greater part of the primary sound energy in such Defects is reflected. Centric in the middle of the too testing cylinder liner is at a certain height and an ultrasound transmitter with a certain orientation, the is also an ultrasound receiver. The ultrasound transmitter emits a very short ultrasound signal in a concentrated manner and the ultrasound receiver receives this from the cylinder wall reflected echo, whereby not the runtime but the Intensity of the echo is detected. Through this type of ultrasound examination become non-metallic inclusions within of the object to be examined by an increase in intensity of the remit sound is detected, similar to one Gas dust particles, smoke or the like by irradiating a bright one Light can be made visible. In places trouble-free, good material bond between cast in Cylinder liner and crankcase - according to Figure 5 - the emitted ultrasound pulse passes through the cell almost without echo trouble-free wall through; is the intensity of the echo very low here. On due to air pockets and small gaps disturbed spots - Figure 6 - is the intensity of the remitted Ultrasound much larger, whereas in the area extensive columns - Figure 7 - a very high proportion of the emitted Ultrasound is thrown back. With one Experimental setup can now be done with high local resolution Scan the entire surface of a cylinder liner line by line and thereby receives ultrasound remission images the developed lateral surface of the cylinder liner, as they can be seen in FIGS. 8a to 8f and 9a to 9h.

Die Ultraschall-Remissions-Aufnahmen nach den Figuren 8a bis 8f zeigen eine gute Bindung zwischen Zylinderlaufbüchse und Gehäusebasiswerkstoff. Diese Zylinderlaufbüchsen wurden vor dem Eingießen an ihrer Außenseite 10 erfindungsgemäß aufgerauht. Der kreuzschraffierte, eine gute stoffschlüssige Bindung repräsentierende Bereich nimmt hier anteilig eine große Fläche ein - etwa 80 bis 95 %. Lediglich bei einigen Zylindern sind in getriebe- bzw. einlaßseitig liegenden Zonen geringere, von ihrer Größe her tolerierbare Stellen mit schlechter Bindung enthalten. Keine Umfangsstelle der Zylinderlaufbüchse ist ganz ohne stoffschlüssige Anbindung an den Gehäusewerkstoff. Soweit der Bereich einer stoffschlüssige Anbindung axial nur kurz ist, so ist dies auf den Bereich einer einzigen, lokal geringen Umfangsstelle einiger Zylinder beschränkt. Im übrigen reproduzieren sich diese Bilder weder bei den einzelnen Zylindern eines Kurbelgehäuses noch bei nacheinander gegossenen Kurbelgehäusen. Durch Optimierungsmaßnahmen insbesondere bei der Schmelzeführung lassen sich hier sicherlich noch Verbesserungen erzielen.The ultrasound remission recordings according to FIGS. 8a to 8f show a good bond between the cylinder liner and the housing base material. These cylinder liners were pre-cast roughened on its outside 10 according to the invention. The cross-hatched, representing a good material bond The area takes up a large part of the area - about 80 to 95%. Only some cylinders are in gear or zones on the inlet side, smaller from their Contain size-tolerable areas with poor binding. No circumferential location of the cylinder liner is completely without integral connection to the housing material. So far the Area of a cohesive connection is only short axially, so this is in the area of a single, locally small circumferential location some cylinders limited. Otherwise reproduce these pictures are neither one of the individual cylinders Crankcase still with successively cast crankcases. Through optimization measures, especially in the melt flow improvements can certainly be made here.

Im Bereich des oberen Randes der einzelnen Remissionsaufnahmen von Figur 8 ist ein schmaler Streifen ohne stoffschlüssige Anbindung vorhanden, was nicht weiter verwunderlich ist, weil das Umgießen entsprechend der Gießlage und der Schmelzeführung von unten nach oben erfolgt und der obere Bereich von der Schmelze zuletzt erreicht wird. Nachdem dieser schlecht angebundene Bereich jedoch im Bereich des sog. Feuersteges des Kolbens oberhalb der Kolbenringe liegt, ist aus Gründen einer geringen Schadstoffemission in diesem Bereich eine höhere Zylinderwandtemperatur durchaus erwünscht und ein etwaiger montagebedingter Zylinderverzug absolut vernachlässigbar.In the area of the upper edge of the individual remission recordings of Figure 8 is a narrow strip without a material connection available, which is not surprising, because that Pour over according to the pouring position and the melt flow of bottom up and the top area from the melt is reached last. After this badly connected area however in the area of the so-called top land of the piston above the piston ring is, for reasons of a minor Pollutant emissions in this area a higher cylinder wall temperature quite desirable and a possible assembly-related Cylinder warp absolutely negligible.

Demgegenüber zeigen die am Beispiel eines prizipiell baugleichen, jedoch achtzylindrigen Kurbelgehäuses gewonnenen Ultraschall-Remissions-Aufnahmen nach den Figuren 9a bis 9h zum Vergleich, wie vergleichsweise schlecht das Bindungsergebnis ist, wenn die Büchsenrohlinge außenseitig in konventioneller Weise spanabhebend überdreht werden. Zwar reproduzieren sich hier die Verteilungen guter und schlechter Anbindung der zusammenzugießeneden Teile relativ gleichmäßig, jedoch sind die Ergebnisse hier sehr schlecht. Und zwar nimmt in den Remissionsaufnahmen nach Figur 9 der kreuzschraffierte Bereich einer guten Bindung anteilig eine nur sehr kleine Fläche ein - etwa 20%. Die Stellen einer guten Bindung liegen alle - entsprechend der Schmelzeführung - auslaßseitig im Kurbelgehäuse. Der Anteil ohne Bindung oder mit einer gestörten Bindung ist sehr hoch und würde u.U. eine geordnete Abfuhr der Betriebs-Abwärme der Brennkraftmaschine in das Kühlwasser zumindest in bestimmten Last- und/ oder Umgebungsbedingungen beeinträchtigen. Es würde darüberhinaus sowohl in Umfangs- als auch in Axialrichtung zu einer ungleichen Temperaturverteilung in der Zylinderlaufbüchse und demgemäß zu einer recht ungleichmäßigen thermischen Verformung der Büchse kommen, die ein größeres Kolbenspiel erforderlich machen würde, was wiederum wegen des größeren Spalvolumens zwischen Kolbenumfang und Zylinderlauffläche einen höheren Anteil an unverbrannten Kohlenwasserstoffen im Abgas zu Folge hätte. Weiterhin wäre bei den unvollkommen eingegossenen Zylinderlaufbüchsen nach den Figuren 9a bis 9h zu beanstanden, daß sie an großen Umfangsbereichen axial an keiner Stelle mit dem Gehäusewerkstoff verbunden sind und an diesen Stellen axial unter dem Druck der Zylinderkopfdichtung örtlich axial nachgeben können, was nicht nur zu einer ungleichen Verteilung der Anpreßkraft der Zylinderkopfdichtung führt, sondern auch die ungleiche Verformung der Zylinderlaufbüchse erhöht. Ungleiche Laufflächenformen, d.h. im Bereich von wenigen µm von der Kreisform und von der geradlinigen Mantelform abweichende Zylinderformen sind ungünstig im Hinblick auf einen ruhigen Kolbenlauf und eine gute Dichtwirkung der Kolbenringe. In Fällen eines nicht anschmelzenden Eingießens von Zylinderlaufbüchsen hat man schon endseitig an den Büchsen außen sicherungsbunde angeformt, die einen axialen Formschluß der Büchse im Kurbelgehäuse sichern und ein axiales lockern der Büchse verhindern sollen. Diese Bunde sind jedoch meist nur durch einen zusätlichen Bearbeitungsgang - spanabhebendes Drehen im Bereich zwischen den Bunden - und durch einen erhöhten Rohstoffeinsatz darstellbar. In contrast, using the example of a structurally identical however, eight-cylinder crankcase obtained ultrasound remission recordings according to FIGS. 9a to 9h for comparison, how comparatively bad the binding result is, if the rifle blanks on the outside in a conventional manner be turned over by cutting. The reproduce here Distributions of good and bad connection of the to be poured together Parts relatively evenly, however, the results are very bad here. And that takes in the remission recordings 9 the cross-hatched area of a good binding proportionately a very small area - about 20%. The jobs a good bond is all - according to the melt flow - On the exhaust side in the crankcase. The share without commitment or with a broken bond is very high and would possibly an orderly removal of the operating waste heat of the internal combustion engine in the cooling water at least in certain load and / or affect environmental conditions. It would go beyond that to an unequal both in the circumferential and in the axial direction Temperature distribution in the cylinder liner and accordingly to a rather uneven thermal deformation come in the liner, which requires a larger piston clearance would do, which in turn because of the larger gap volume between Piston circumference and cylinder surface a higher proportion of unburned hydrocarbons in the exhaust gas. Furthermore, there would be imperfectly cast cylinder liners to complain according to FIGS. 9a to 9h that they are large circumferential areas axially at no point with the housing material are connected and axially under these The pressure of the cylinder head gasket can locally give in axially, which not only leads to an uneven distribution of the contact pressure of the cylinder head gasket, but also the uneven deformation the cylinder liner increases. Uneven tread shapes, i.e. in the range of a few µm from the circular shape and are cylindrical shapes deviating from the straight jacket shape unfavorable for a smooth piston run and a good one Sealing effect of the piston rings. In cases of non-melting You have already poured cylinder liners molded on the ends of the bushings on the outside, the secure an axial form fit of the bush in the crankcase and to prevent axial loosening of the bush. This However, bundles are usually only due to an additional processing step - cutting in the area between the coils - And representable through an increased use of raw materials.

Um die erfindungsgemäße Aufrauhung an einem einzugießenden Rohling einer Zylinderlaufbüchse herstellen zu können, wird zunächst ein rohrförmiges Rohteil hergestellt und auf Sollform und Sollmaß bearbeitet. Zum Aufrauhen der vom Werkstoff 16 des Leichtmetall-Kurbelgehäuses 2 zu umfassenden, außenseitigen Oberfläche 10 des Rohlings 9 wird diese mit scharfkantig gebrochenen Partikeln 13 aus einem spröden Hartwerkstoff, vorzugsweise Edelkorund, gestrahlt, die von einem mittels Düse 18 gerichteten Luftstrahl 12 mitgenommenen werden. Der luftgetragene Partikelstrahl wird etwa quer, d.h. unter einem Winkel α von etwa 90±45° auf die Behandlungsstelle der Oberfläche 10 des Rohlings 9 gerichtet. Bei ihrem Aufprall auf den Rohling 9 rauhen die Partikel dessen Oberfläche 10 auf und werfen das Material pyramidenähnlich oder lanzettartig zu Materialaufwerfungen 11 auf oder schülpen es aus und bilden dadurch spitze oder scharfkantige Materialerhebungen, die an ihrer Basis breitflächig in den Basiswerkstoff übergehen. Der partrikeltragende Luftstrahl muß hinsichtlich seiner wesentlichen Parameter, insbesondere bezüglich Strömungsgeschwindigkeit bzw. Auftreffgeschwindigkeit der Partikel auf die Außenfläche und Partikeldichte im Luftstrom optimiert werden, wobei hier die gewünschte Oberflächentopographie der gerauhten Außenfläche und eine optimale metallurgischen Anbindung der Büchse an den Umguß-Werkstoff als Optimierungsergebnis im Vordergrund stehen. Derartige Parameteroptimierungen sind jedoch für den Fachmann auf dem Gebiet des Partikelstrahlens durchaus zumutbar.For the roughening according to the invention on a blank to be cast To be able to manufacture a cylinder liner is first a tubular blank is produced and on target shape and target dimension processed. To roughen the material 16 of the Light metal crankcase 2 to comprehensive, outside Surface 10 of the blank 9 is broken with sharp edges Particles 13 made of a brittle hard material, preferably High-grade corundum, blasted, by a nozzle 18 directed Air jet 12 are taken away. The airborne Particle beam is roughly transverse, i.e. at an angle α of about 90 ± 45 ° on the treatment site of the surface 10 of the Blank 9 directed. Rough on blank 9 on impact the particles on its surface 10 and throw the material pyramid-like or lancet-like to raise material 11 or pull it out and thereby form pointed or sharp-edged material bumps that are broad at their base pass into the base material. The party-carrying Air jet must, in particular, regarding its essential parameters with regard to flow velocity or impact velocity of the particles on the outer surface and particle density be optimized in the air flow, with the desired one here Surface topography of the roughened outer surface and an optimal one metallurgical connection of the sleeve to the casting material stand in the foreground as an optimization result. Such Parameter optimizations are, however, for the person skilled in the art particle radiation is quite reasonable.

Die verwendeten Partikel 13 des Hartwerkstoffes weisen eine mittlere Korngröße d von etwa 70 µm auf. Die Größe dieses Mittelwertes bestimmt wesentlich das Maß der erzielten Rauheit mit. Die mittlere Korngröße sollte größer sein als die angestrebte Rauheit. Bei einer mittleren Korngröße des scharfkantig gebrochenen Strahlmaterials von etwa 70 µm ist eine Rauheit von etwa 30 bis 60 µm erzielbar. Bei der Angabe der mitleren Korngröße handelt es sich um einen statistischen Mittelwert, der - wie das Diagramm nach Figur 12 veranschaulichen soll - gemäß einer glockenförmigen Häufigkeitsverteilung 19 nach oben und unter über- bzw. unterschritten werden kann. Zwar wird durch den Aufprall der Partikel 13 auf die Außenfläche 10 auch Gewalt auf die Partikel ausgeübt, so daß zumindest ein Teil von ihnen dabei zu Bruch gehen wird. Es wird sich also während des Partikel-Strahlens die Korngröße der verwendeten Hartstoffpartikel in Richtung zu kleineren mittleren Korngrößen (d") verschieben, wie dies in Figur 12 durch die strichpunktiert gezeichnete Häufigkeitsverteilung 20 angedeutet ist. Durch ständiges oder durch wiederholt-fallweises Abfiltern einer Feinfraktion - der linke Bereich 14 in dem Verteilungsdiagramm nach Figur 12 - aus dem Partikelstrom und durch Nachschub einer massemäßig etwa gleichgroßen Menge eines frischen Partikelgemisches kann eine Häufigkeitsverteilung 21 um einen mittleren Partikeldurchmesser d' erreicht werden, der nur geringfügig kleiner als der ursprüngliche mittlere Durchmesser d ist. Durch diese Pflege des Partikelgemisches kann eine etwa gleichbleibende Partikelgröße und somit eine etwa gleichbleibende Oberflächenrauheit erzielt werden.The particles 13 of the hard material used have a average grain size d of about 70 microns. The size of this mean essentially determines the degree of roughness achieved With. The average grain size should be larger than the target Roughness. With a medium grain size of sharp-edged broken blasting material of about 70 µm is a roughness of about 30 to 60 µm achievable. When specifying the medium grain size is a statistical mean that - how the diagram of Figure 12 is to illustrate - according a bell-shaped frequency distribution 19 upwards and can be below or below. Although through the impact of the particles 13 on the outer surface 10 also violence exerted on the particles so that at least part of them will break in the process. So it will turn up during particle blasting the grain size of the hard material particles used shift towards smaller average grain sizes (d "), as in FIG. 12 by the frequency distribution drawn in dash-dot lines 20 is indicated. By permanent or by repeatedly filtering a fine fraction - the left area 14 in the distribution diagram of Figure 12 - from the particle flow and by replenishing a mass about an equal amount of a fresh particle mixture can be Frequency distribution 21 around an average particle diameter d 'can be achieved, which is only slightly smaller than the original average diameter d. By taking care of the Particle mixture can have an approximately constant particle size and thus achieves an approximately constant surface roughness become.

Wichtig bei der Auswahl und Pflege des Strahlmaterials ist, daß nicht nur die Partikelgröße sondern auch die Partikelform optimal ist und durch geeignete Pflegemaßnahmen auch optimal bleibt. Zu bevorzugen sind spliterförmige, lanzettförmige, tetraedrische, pyramidenförmige Partikel mit spitzen Ecken, wogegen kubische oder gar globulare Partikel für das vorliegend angestrebte Aufrauhen ungünstig sind. Soweit die Partikel durch den Aufprall auf das Werkstück zu Bruch gehen, ist es besser, wenn sie u.U. nach einem mehrmaligen Gebrauch total zerbrechen und in eine ausscheidbare Feinfraktion zerfallen, als daß sie lediglich ihre Ecken abstoßen und eine Kieselsteinform annehmen. Derartig "verrundete" Partikel würden nicht den gewünschten Aufrauheffekt erbringen, sondern würden - unter dem Mikroskop betrachtet - eher eine relativ glatte Hammerschlagstruktur auf der gestrahlten Oberfläche hinterlassen. Das gewünschte Bruchverhalten ist vor allem bei spröden Werkstoffen zu beobachten.It is important when choosing and maintaining the blasting material that not only the particle size but also the particle shape optimal is also optimal through suitable maintenance measures remains. Splitter-shaped, lancet-shaped, tetrahedral, pyramid-shaped particles with pointed corners, whereas cubic or even globular particles for what is being sought Roughening are unfavorable. So much for the particles the impact on the workpiece break, it is better if you may totally break after repeated use and disintegrate into a separable fine fraction than that just repel their corners and take a pebble shape. Such "rounded" particles would not be the desired one Roughening effect, but would - under the microscope considered - rather a relatively smooth hammer structure leave on the blasted surface. The wished Fracture behavior can be observed especially with brittle materials.

Claims

A blank (9) made from a light metal that is different from the light metal of a casting component (2) in which it is to be infused, with a roughness of 30 - 60 µm on its external surface (10) that will be surrounded by the material (16) of the light metal casting component (2), the topography of this surface being made up of dug-out portions of material or raised portions of material (11) running out to a point in a shape approximating that of a pyramid or lancet, the bases thereof blending directly into the base structure of the blank.
A blank as claimed in claim 1,
characterised in that
the pyramid-shaped or lancet-like dug-out areas of material or raised portions of material (11), stochastic in terms of their shape and size, are distributed more or less uniformly across the surface (10) as a statistical average.
A blank as claimed in claim 1,
characterised in that
the light metal component to be infused is a cylinder sleeve (9) and the light metal casting component receiving the light metal component is a die-cast crankcase (2) of a reciprocating piston engine (8).
A blank as claimed in claim 3,
characterised in that
the material (15) of the cylinder sleeve (9) is a hypereutectoid aluminium/silicon alloy.
A method for producing a blank (9) made from a light metal alloy (15) to be infused in a casting component (2) also of a light metal (16), whereby a blank is firstly made and processed to a desired shape and desired dimensions and the external surface (10) of the blank (9) that will be surrounded by the material (16) of the casting component (2) is blasted with a directed jet of particles (13) made from a hard substance entrained in a flow of gas, the particles (13) used to blast the surface (10) being sharp-edged broken corundum, preferably pure corundum and having an average particle size (d) of approximately 70 µm, and the surface (10) of the blank (9) blasted in this manner is roughened to a roughness of 30 ... 60 µm and the material of the blank (9) close to the surface is dug out or opened up (11) in a pyramid-shaped or lancet-like pattern.
A method as claimed in claim 7,
characterised in that
the jet of airborne particles is directed at an angle (α) of approximately 90 ± 45° onto the point of the surface (10) of the blank (9) being treated.
A method as claimed in claim 5,
characterised in that
a residual fine fraction (14) of the particles (13) of hard substance used during blasting, formed by the breakup of the particles (13), is constantly removed and as a result of this and the addition of a more or less equal quantity of new particles (13) of a specific average particle size (d), the average particle size (d') of the material in the ongoing blasting process remains at least more or less the same.
A method as claimed in claim 5,
characterised in that
a tubular blank (9) is made firstly in order to provide a blank for a cylinder sleeve (6) to be infused in a light metal crankcase (2) of a reciprocating piston engine.