EP1439927B1 - Zylinderkurbelgehäuse mit einer zylinderlaufbuchse und giesswerkzeug - Google Patents

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EP1439927B1
EP1439927B1 EP02774575A EP02774575A EP1439927B1 EP 1439927 B1 EP1439927 B1 EP 1439927B1 EP 02774575 A EP02774575 A EP 02774575A EP 02774575 A EP02774575 A EP 02774575A EP 1439927 B1 EP1439927 B1 EP 1439927B1
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EP
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cylinder
cylinder liner
mandrel
casting
piston
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Franz Rückert
Helmut Schäfer
Peter Stocker
Oliver Storz
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Daimler AG
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DaimlerChrysler AG
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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
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/004—Cylinder liners
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • 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
    • B22D19/0009—Cylinders, pistons

Definitions

  • the invention relates to a cylinder crankcase after the The preamble of claim 1 and a casting tool according to claim Third
  • Cylinder crankcases are becoming increasingly weight-saving of aluminum alloys in various casting processes, preferred manufactured by die casting. Because aluminum alloys, the are well pourable, often along the tribological requirements the cylinder running surfaces do not correspond, are in These areas include local improvement measures Material properties met. One of these measures is the pouring of cylinder liners.
  • DE 44 38 550 C2 describes a crankcase with cylinder liners from hypereutectic aluminum-silicon alloys.
  • the alloys described there are on Due to their high silicon content, it is particularly resistant to wear.
  • such cylinder liners have a low specific weight on and what unlike cylinder liners iron-based is particularly beneficial to her coefficient of thermal expansion is closer to that of the A-aluminum casting alloy as the expansion coefficient of iron.
  • This temperature gradient which is between 50 ° C and 70 ° C is due to the thermal expansion of a light conical shape of the cylinder bore, which is characterized by narrowed down to the top. Therefore it is necessary the tolerances of the piston, in particular of the piston ring to be interpreted as that there is enough play in the lower area is and at the top of the gap occurring minimal remains.
  • EP 463 314 A1 describes a cylinder crankcase with a cylinder liner on aluminum-silicon basis.
  • the cylinder liner does not go completely over the entire Zyrlinderlauf requirements.
  • EP 463 314 does not describe any Possibility of solving the problem of cone formation and gives no indication about the positioning of the cylinder liner in the casting mold.
  • the solution to the problem consists in a cylinder crankcase according to claim 1 and in a casting tool according to claim 3.
  • the cylinder crankcase according to claim 1 preferably several cylinder bores, each with a cylinder liner are provided.
  • the cylinder crankcase is made from an aluminum casting alloy, the cylinder liner consists of a hypereutectic aluminum-silicon alloy.
  • the silicon content of the alloy is between 23% and 28%
  • the cylinder liner is such shortens them as close to one as possible lowest piston rings in the lower dead center of the piston ends.
  • the cylinder bore runs below the lower dead center ever after engine design about 20 mm to 50 mm further.
  • the surface the cylinder bore (cylinder surface) is in this Area formed by the aluminum die-casting alloy.
  • the aluminum die casting alloy (hereinafter simply referred to as aluminum) has a thermal expansion coefficient ⁇ of approximately 22 ⁇ 10 -6 K -1 .
  • the aluminum-silicon alloy of the cylinder liner has an ⁇ value of 15 ⁇ 10 -6 K -1 to 17 ⁇ 10 -6 K -1 . This leads to a higher relative material expansion in the lower region of the cylinder bore, below the cylinder liner. Due to the lower prevailing temperature in combination with a locally higher material expansion, the cone formation in the cylinder bore is largely compensated according to the task.
  • the cylinder liner ends as close as possible below the lowest piston ring in the lower dead center, so that the described effect of thermal expansion used advantageous becomes.
  • the extension of the cylinder liner over the lower Dead center will be depending on the prevailing temperature gradient certainly. Experiments have shown, however, that the advantageous effect of the invention is impaired, if the bush further than 20 mm below the bottom dead center ends.
  • a rectangular lower end edge the cylinder liner is also advantageous. From casting technology In practice, most cylinder liners have reasons on its lower outside a chamfer on. This bevel serves the melt guide during a casting process. The chamfer leads in the operating condition at axial pressure on the socket Radial forces in the area of the chamfer, which adversely affects the connection sleeve to crankcase affects.
  • Another component of the invention is a casting tool for producing a cylinder crankcase according to claim 3.
  • the casting tool has at least one quill, the Representation of the cylinder bore is suitable.
  • On the quill There is a cylinder liner from a hypereutectic Al-Si alloy.
  • the jack covers a maximum of 85% of Quill in such a way that in the upper area (in terms a cylinder head side) bears against a wall of the casting tool.
  • a sprue of the casting tool used to fill the casting tool used by a cast metal is attached so that a main flow direction of the cast metal is the quill of hers Bottom side (on the part of the later oil chamber) ago meets.
  • the socket By the shortening of the cylinder liner is the socket outside the main flow direction of the casting metal and is of the Quill and the tool wall shielded. This affects itself favorable to the connection of the socket to the component, since Turbulence upon impact of the casting metal on the socket be reduced.
  • a better connection between socket and Crankcase allows, among other benefits, higher pressures in the cylinder bore, in particular in a combustion chamber.
  • the cylinder liner is indeed covered with such tight tolerances that they are sufficiently solid for a casting process Quill is positioned, in a series production, however for an undisturbed production process a fixation of Socket on the quill appropriate.
  • the fixation can be done through a nose, which is the socket keeps at a distance to a lower mold wall.
  • the nose can For better demolding partially in a recess of Quill be sunk.
  • FIG. 1 shows a detail of a reciprocating piston engine 1 in the region of a cylinder crankcase 2 (crankcase) with a cylinder bore 7.
  • the cylinder bore 7 is axially partially formed by a cylinder liner 4, which is cast in the crankcase 2.
  • a piston 6 is guided, which is connected via a connecting rod 8 with a crankshaft, not shown.
  • the piston 6 strips in its movement with piston rings 10 to 10 '' the cylinder surface 14.
  • the crankcase has a parting surface 12 to a cylinder head, not shown.
  • the cylinder liner 4 extends in the cylinder bore. 7 until the lowest dead center of the lowest piston ring exceeded by 5 mm.
  • the surface of the cylinder liner 7 forms the cylinder running surface 14 in this area. 5 mm below the bottom dead center 11 of the lowest piston ring 10, the cylinder surface 14 'through the material formed of the crankcase.
  • FIG. 2 The operation of the measure according to the invention in the cylinder crankcase will be explained with reference to FIG. 2 .
  • Fig. 2 the up to an adjacent cylinder liner 4 'extended section of the cylinder crankcase 2 is shown with the exception of the piston 6.
  • a temperature gradient .DELTA.T prevails, wherein T1 at about 200 ° C is greater than T2 at about 140 ° C.
  • the material of the cylinder liner a hypereutectic aluminum-silicon alloy with 25% silicon (hereinafter called AlSi) has a thermal expansion coefficient ⁇ 1 of about 16 x 10 -6 K -1 .
  • FIG. 3 shows a detail of a casting tool 22 according to the invention with a schematic profile of a melt flow 26 of a cast metal.
  • the cast metal is an aluminum alloy (AlSi9Cu3), which is filled under pressure into the casting tool 22.
  • the flow 26 of the cast metal is directed into the narrow, approximately 3 mm wide web 36 between the cylinder liners 4, 4 '. In the narrow region of the web 36, the mass per unit time of the aluminum melt moved there is lower and less kinetic energy afflicted than in the region of the main melt stream 25, via which the volume filling of the casting tool takes place.
  • the cylinder liner 4 is replaced by a nose 32 against a upper wall 40 of the casting tool 22 is pressed.
  • the nose is 32 attached to a bottom 42 of the casting tool 22.
  • the Quill 24 has a recess 34 which when closing the casting tool 22 and the positioning of the quill 24 partially receives the nose 32.
  • a smaller part of the nose 32 is radial with respect to the sleeve 24 and forms the support portion 36 for the cylinder liner 4th
  • the support region 36 is chosen so wide that the depression, which he caused in the cast crankcase by subsequent editing can be compensated.
  • the advantages of this Arrangement is that the nose sized so large that they can not be during the casting process breaks off or is otherwise damaged and in that they is not shown in the geometry of the crankcase.
  • Fig. 4 the arrangement of the nose 32 and its supporting effect on the cylinder liner 4 is illustrated with reference to a three-dimensional section of a casting tool 22.
  • the nose 32 is sunk in a, not visible in Fig. 4 depression.
  • the sleeve 24, which has a slightly conical shape is moved in the direction of the arrow 44 from the cylinder liner 4.
  • a cylinder liner 28 is indicated by conventional design, which is exposed directly to the melt stream.
  • a chamfer 29 a deflection of the main melt stream 25 is prevented in the conventional arrangement.
  • the sleeve 24 comprises shortened cylindrical sleeve 4, are the advantages already described to avoid the cone achieved in the cylinder bore, also the connection between the cylinder liner 4 and the crankcase 2 improved.
  • the almost rectangular lower edge 15 of the cylinder liner 4 causes in the operating state of the engine 1 also, that the acting force F almost completely by the Crankcase 2 is received.
  • the cylinder liner have a chamfer 29, as shown by dashed lines in Fig. 3 Cylinder liner 28, this would be a radial Force component in the direction of the center of the cylinder bore to lead. This in turn can cause a conical deformation of the cylinder surface 14 result.
  • the socket is through the inventive design before setting in the illustrated Force direction F protected. To avoid this radial movement the jack also carries the through the inventive Casting tool 22 achieved better connection between the cylinder liner 4 and the crankcase 22 at.
  • Another advantage is in one, opposite the stand the technology better shield a water jacket, which in Fig. 2 by way of example and simplified by a cooling hole 18 between the cylinder liners 4 and 4 'is shown and an oil chamber 16. Due to the better connection between cylinder liner 4 and the crankcase 2 are microscopic Column 20 (which does not affect the functionality itself) reduced. Water passing through the bore 18 and possibly can get into the column 20 is through the almost rectangular lower edge 15 of the bushing 4th prevented from entering the oil chamber 16.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft ein Zylinderkurbelgehäuse nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Gießwerkzeug nach Anspruch 3.
Zylinderkurbelgehäuse werden zur Gewichtsersparnis zunehmend aus Aluminiumlegierungen in verschiedenen Gießverfahren, bevorzugt im Druckguss gefertigt. Da Aluminiumlegierungen, die gut gießbar sind, oft den tribologischen Anforderungen entlang der Zylinderlaufflächen nicht entsprechen, werden in diesen Bereichen Maßnahmen zur lokalen Verbesserungen der Werkstoffeigenschaften getroffen. Eine dieser Maßnahmen ist das Eingießen von Zylinderlaufbuchsen.
Die DE 44 38 550 C2 beschreibt ein Kurbelgehäuse mit Zylinderlaufbuchsen aus übereutektischen Aluminium-Siliziumlegierungen. Die dort beschriebenen Legierungen sind auf Grund ihres hohen Siliziumgehaltes besonders verschleißbeständig. Zudem weisen derartige Zylinderlaufbuchsen ein niedriges spezifisches Gewicht auf und was im Gegensatz zu Zylinderlaufbuchsen auf Eisenbasis besonders vorteilhaft ist, ihr thermischer Ausdehnungskoeffizient liegt näher an dem der A-luminium-Gusslegierung als der Ausdehnungskoeffizient des Eisens.
Unabhängig von der Art der Buchse tritt jedoch in der Zylinderbohrung ein Temperaturgradient auf. Im oberen Bereich - in der Nähe zur Trennfläche zum Zylinderkopf - herrschen auf Grund der dort stattfindender Verbrennung motorseitig Temperaturen von etwa 200° C. Im unteren Bereich der Bohrung in Höhe des unteren Todpunktes des Kolbens liegen die motorseitigen Temperaturen in der Zylinderbohrung je nach Motor zwischen 130° C und 150° C.
Dieser Temperaturgradient, der zwischen 50° C und 70° C liegt, verursacht durch die thermische Ausdehnung eine leicht konische Form der Zylinderbohrung, die sich hierdurch von oben nach unten verengt. Deshalb ist es erforderlich die Toleranzen des Kolbens, insbesondere des Kolbenrings so auszulegen, dass sowohl im unteren Bereich genügend Spiel vorhanden ist und im oberen Bereich der auftretende Spalt minimal bleibt.
Der hierzu nötige Kompromiss ist im täglichen Gebrauch derartiger Motoren akzeptabel und führt zu keinerlei Beschädigung oder Alterungen der Motoren. Dennoch liefert dieser Nachteil im Hinblick auf eine Verbrauchsreduzierung und in Hinblick auf eine Leistungssteigerung der Motoren Anlass für Verbesserungsmaßnahmen.
Die EP 463 314 A1 beschreibt ein Zylinderkurbelgehäuse mit einer Zylinderlaufbuchse auf Aluminium-Siliziumbasis. Die Zylinderlaufbüchse verläuft nicht vollständig über die gesamte Zyrlinderlauffläche. Die EP 463 314 beschreibt jedoch keine Möglichkeit zur Lösung des Problems bezüglich der Konusbildung und gibt keine Hinweise über die Positionierung der Zylinderlaufbuchse im Gießwerkzeug.
Ausgehend vom Stand der Technik liegt die Aufgabe der Erfindung darin, die konische Verformung der Zylinderbohrung, die durch den vorherrschenden Temperaturgradienten hervorgerufen wird, zu reduzieren.
Die Lösung der Aufgabe besteht in einem Zylinderkurbelgehäuse nach Anspruch 1 und in einem Gießwerkzeug nach Anspruch 3.
Das Zylinderkurbelgehäuse nach Anspruch 1 weist bevorzugt mehrere Zylinderbohrungen auf, die jeweils mit einer Zylinderlaufbuchse versehen sind. Das Zylinderkurbelgehäuse besteht aus einer Aluminiumgießlegierung, die Zylinderlaufbuchse besteht aus einer übereutektischen Aluminium-Silizium-Legierung. Bevorzugt liegt der Siliziumanteil der Legierung zwischen 23 % und 28 % Die Zylinderlaufbuchse ist dabei derart verkürzt, dass sie möglichst unmittelbar unterhalb eines untersten Kolbenringe im unteren Todpunkt des Kolbens endet.
Die Zylinderbohrung läuft unterhalb des unteren Todpunktes je nach Motorauslegung etwa 20 mm bis 50 mm weiter. Die Oberfläche der Zylinderbohrung (Zylinderlauffläche) ist in diesem Bereich durch die Aluminium-Druckgusslegierung gebildet.
Die Aluminium-Druckgusslegierung (im Folgenden vereinfacht Aluminium genannt) weist einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten α von etwa 22 x 10-6 K-1 auf. Die Aluminium-Silizium-Legierung der Zylinderlaufbuchse weist einen α-Wert von 15 x 10-6 K-1 bis 17 x 10-6 K-1 auf. Dies führt zu einer höheren relativen Materialausdehnung im unteren Bereich der Zylinderbohrung, unterhalb der Zylinderlaufbuchse. Durch die niedrigere dort vorherrschende Temperatur in Kombination mit einer lokal höheren Materialausdehnung wird die Konusbildung in der Zylinderbohrung entsprechend der Aufgabenstellung weitgehend kompensiert.
Bevorzugt endet die Zylinderlaufbuchse möglichst nahe unterhalb des untersten Kolbenrings im unteren Todpunkt, damit die beschriebene Wirkung der Wärmeausdehnung vorteilhaft genutzt wird. Die Verlängerung der Zylinderlaufbuchse über den unteren Todpunkt hinaus wird je nach vorherrschenden Temperaturgradienten bestimmt. Versuche haben jedoch gezeigt dass die vorteilhafte Wirkung der Erfindung beeinträchtigt wird, wenn die Buchse weiter als 20 mm unterhalb des untern Todpunktes endet.
Weiterhin vorteilhaft ist eine rechtwinklige untere Abschlusskante der Zylinderlaufbuchse. Aus gießtechnischen Gründen weisen in der Praxis die meisten Zylinderlaufbuchsen an ihrer unteren Außenseite eine Fase auf. Diese Fase dient der Schmelzenführung während eines Gießprozesses. Die Fase führt im Betriebszustand bei axialem Druck auf die Buchse zu radialen Kräften im Bereich der Fase, was sich negativ auf die Anbindung Buchse zu Kurbelgehäuse auswirkt.
Ein weiterer Bestandteil der Erfindung ist ein Gießwerkzeug zur Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses nach Anspruch 3. Das Gießwerkzeug weist mindestens eine Pinole auf, die zur Darstellung der Zylinderbohrung geeignet ist. Auf der Pinole befindet sich eine Zylinderlaufbuchse aus einer übereutektischen Al-Si-Legierung. Die Buchse bedeckt maximal 85 % der Pinole in derart, dass sie im oberen Bereich (hinsichtlich einer Zylinderkopfseite) an einer Wand des Gießwerkzeugs anliegt.
Ein Anguss des Gießwerkzeugs, der zur Befüllung des Gießwerkzeuges durch ein Gießmetall dient, ist so angebracht, dass eine Hauptstromrichtung des Gießmetalls die Pinole von ihrer Unterseite (seitens des späteren Ölraumes) her trifft. Durch die Verkürzung der Zylinderlaufbuchse liegt die Buchse außerhalb der Hauptstromrichtung des Gießmetalls und wird von der Pinole und der Werkzeugwand abgeschirmt. Dies wirkt sich günstig auf die Anbindung der Buchse an das Bauteil aus, da Verwirbelungen beim Auftreffen des Gießmetalls auf die Buchse reduziert werden. Eine bessere Anbindung zwischen Buchse und Kurbelgehäuse erlaubt neben weiteren Vorteilen höhere Drücke in der Zylinderbohrung, insbesondere in einem Brennraum.
Die Zylinderlaufbuchse ist zwar mit so engen Toleranzen belegt, dass sie für einen Gießvorgang ausreichend fest auf der Pinole positioniert ist, in einer Serienproduktion ist jedoch für einen ungestörten Produktionsablauf eine Fixierung der Buchse auf der Pinole zweckmäßig.
Die Fixierung kann durch eine Nase erfolgen, die die Buchse auf Distanz zu einer unteren Werkzeugwand hält. Die Nase kann zur besseren Entformbarkeit teilweise in einer Aussparung der Pinole versenkt sein.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausgestaltungsformen an Hand von vier Zeichnungen beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1
einen Ausschnitt eines Hubkolbenmotors mit Zylinderkurbelgehäuse, Zylinderlaufbuchse und Kolben,
Fig. 2
den Ausschnitt aus Fig. 1 ohne Kolben mit Darstellung von mechanischen und thermischen Größen,
Fig. 3
einen Ausschnitt eines Gießwerkzeuges zur Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses,
Fig. 4
eine dreidimensionale Ansicht eines Ausschnittes eines Gießwerkzeuges mit einer Pinole und einer Zylinderlaufbuchse.
In Fig. 1 ist ein Ausschnitt aus einem Hubkolbenmotor 1 im Bereich eines Zylinderkurbelgehäuses 2 (Kurbelgehäuse) mit einer Zylinderbohrung 7 dargestellt. Die Zylinderbohrung 7 ist axial teilweise durch eine Zylinderlaufbuchse 4 gebildet, die in das Kurbelgehäuse 2 eingegossen ist. In der Zylinderbohrung 7 wird ein Kolben 6 geführt, der über ein Pleuel 8 mit einer nicht dargestellten Kurbelwelle verbunden ist. Der Kolben 6 streift bei seiner Bewegung mit Kolbenringen 10 bis 10'' die Zylinderlauffläche 14. Im oberen Bereich der Fig. 1 weist das Kurbelgehäuse eine Trennfläche 12 zu einem nicht dargestellten Zylinderkopf auf.
Die Zylinderlaufbuchse 4 verläuft in der Zylinderbohrung 7 soweit, bis der unterste Todpunkt des untersten Kolbenringes um 5 mm überschritten ist. Die Oberfläche der Zylinderlaufbuchse 7 bildet in diesem Bereich die Zylinderlauffläche 14. 5 mm unterhalb des unteren Todpunktes 11 des untersten Kolbenrings 10 wird die Zylinderlauffläche 14' durch das Material des Kurbelgehäuses gebildet.
Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Maßnahme im Zylinderkurbelgehäuse wird an Hand der Fig. 2 erläutert. In Fig. 2 ist der bis zu einer angrenzenden Zylinderlaufbuchse 4' erweiterte Ausschnitt des Zylinderkurbelgehäuses 2 mit Ausnahme des Kolbens 6 dargestellt. In der Zylinderbohrung 7 herrscht ein Temperaturgradient ΔT vor, wobei T1 mit ca. 200°C größer ist als T2 mit ca. 140°C. Das Material der Zylinderlaufbuchse, eine übereutektische Aluminium-Silizium Legierung mit 25% Silizium (im Folgenden AlSi genannt) weist einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten α1 von ca. 16 x 10-6 K-1 auf. Der Ausdehnungskoeffizient α2 des Aluminiums, das im unteren Bereichs der Zylinderbohrung 7 die Zylinderlauffläche 14' (vgl. Fig. 1) bildet, beträgt ca. 23 x 10-6 K-1. Der höhere Ausdehnungskoeffizient α2 des Aluminiums führt bei der niedrigern Temperatur von 140°C zu der nahezu gleichen Ausdehnung wie die Ausdehnung im Bereich der Buchse 4 (200°C mit einer Ausdehnung von 16 x 10-6 K-1). Eine konische Verformung der Zylinderbohrung 7 im Betriebszustand des Motors wird somit durch die erfindungsgemäße Anordnung verhindert.
Durch die Erfindung ergeben sich zusätzlich weitere Vorteile für den Betrieb des Motors und für die Herstellung des Kurbelgehäuses 2. In Fig. 3 ist ein Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Gießwerkzeugs 22 mit einem schematischen Verlauf eines Schmelzenstroms 26 eines Gießmetalls dargestellt. Hierbei ist der Abstand zwischen den Buchsen und die Dicke der Buchse stark vergrößert dargestellt. Das Gießmetall ist eine Aluminiumlegierung (AlSi9Cu3), die unter Druck in das Gießwerkzeug 22 gefüllt wird. Der Fluss 26 des Gießmetalls wird in den engen, ca. 3 mm breiten Steg 36 zwischen der Zylinderlaufbuchsen 4, 4' geleitet. In dem engen Bereich des Steges 36 ist die Masse pro Zeiteinheit der dort bewegten Aluminiumschmelze geringer und mit weniger kinetischen Energie behaftet, als im Bereich des Hauptschmelzenstromes 25, über den die Volumenbefüllung des Gießwerkzeuges erfolgt.
Würde der Hauptschmelzenstrom 25 direkt mit seiner gesamten kinetischen Energie auf die Zylinderlaufbuchse 4 treffen, würde dieser dort abprallen was, zu Lunkern bzw. Hohlräumen unterhalb der Zylinderlaufbuchse 4 oder zum Aufschmelzen der Zylinderlaufbuchse 4 führen würde. Durch die geringere mechanische und thermische Belastung der Zylinderlaufbuchse im erfindungsgemäßen Gießwerkzeug ist es möglich, die Wandstärke der Zylinderlaufbuchse gegenüber herkömmlichen Zylinderlaufbuchse deutlich zu reduzieren. Weiterhin wird der Füllquerschnitt im unteren Stegbereich größer. Die Folge ist eine größere Metallmenge pro Zeiteinheit, was zu geringeren Temperaturverlusten und damit zu besseren Anschmelzen der Buchse führt.
Die Zylinderlaufbuchse 4 wird durch eine Nase 32 gegen eine obere Wand 40 des Gießwerkzeugs 22 gedrückt. Die Nase 32 ist an einer Unterseite 42 des Gießwerkzeugs 22 befestigt. Die Pinole 24 weist eine Vertiefung 34 auf, die beim Schließen des Gießwerkzeuges 22 und bei der Positionierung der Pinole 24 die Nase 32 teilweise aufnimmt. Ein kleinerer Teil der Nase 32 steht bezüglich der Pinole 24 radial hervor und bildet den Stützbereich 36 für die Zylinderlaufbuchse 4.
Der Stützbereich 36 ist so breit gewählt, dass die Vertiefung, die er im gegossenen Kurbelgehäuse verursacht, durch nachträgliches Bearbeiten ausgleichbar ist. Die Vorteile dieser Anordnung besteht darin, dass die Nase so groß dimensioniert werden kann, dass sie während des Gießprozesses nicht abbricht oder andersartig beschädigt wird und darin, dass sie in der Geometrie des Kurbelgehäuses nicht abgebildet wird.
In Fig. 4 ist die Anordnung der Nase 32 und deren stützende Wirkung auf die Zylinderlaufbuchse 4 an Hand eines dreidimensionalen Ausschnittes eines Gießwerkzeuges 22 veranschaulicht. Die Nase 32 ist in einer, in Fig. 4 nicht sichtbaren Vertiefung versenkt. Beim Öffnen des Gießwerkzeuges 22 und dem Entformen des Zylinderkurbelgehäuses wird die Pinole 24, die eine leicht konische Form aufweist, in Richtung des Pfeils 44.aus der Zylinderlaufbuchse 4 bewegt. Durch die gestrichelte Linien ist eine Zylinderlaufbuchse 28 nach herkömmlicher Bauart angedeutet, die direkt dem Schmelzenstrom ausgesetzt ist. Durch eine Fase 29 wird in der herkömmlichen Anordnung ein Ablenken des Hauptschmelzenstroms 25 verhindert.
Durch das erfindungsgemäße Gießwerkzeug 22, das die bezüglich der Pinole 24 verkürzte Zylinderläufbuchse 4 umfasst, werden die bereits beschriebenen Vorteile zu Vermeidung des Konuses in der Zylinderbohrung erzielt, zudem wird die Anbindung zwischen der Zylinderlaufbuchse 4 und dem Kurbelgehäuse 2 verbessert.
Die nahezu rechtwinklige Unterkante 15 der Zylinderlaufbuchse 4 (vgl. Fig. 2) bewirkt im Betriebszustand des Motors 1 zudem, dass die wirkende Kraft F nahezu vollständig durch das Kurbelgehäuse 2 aufgenommen wird. Würde die Zylinderlaufbuchse eine Fase 29 aufweisen, wie die in Fig. 3 gestrichelt dargestellte Zylinderlaufbuchse 28, würde dies zu einer radialen Kraftkomponente in Richtung des Zentrums der Zylinderbohrung führen. Dies kann wiederum eine konische Verformung der Zylinderlauffläche 14 zur Folge haben. Die Buchse ist durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung vor einem Setzen in der dargestellten Kraftrichtung F geschützt. Zur Vermeidung dieser Radialbewegung der Buchse trägt auch die durch das erfindungsgemäße Gießwerkzeug 22 erzielte bessere Anbindung zwischen der Zylinderlaufbuchse 4 und dem Kurbelgehäuse 22 bei.
Eine weiterer Vorteil besteht in einer, gegenüber dem Stand der Technik besseren Abschirmung eines Wassermantels, der in Fig. 2 exemplarisch und simplifiziert durch eine Kühlbohrung 18 zwischen den Zylinderlaufbuchsen 4 und 4' dargestellt ist und einem Ölraum 16. Durch die bessere Anbindung zwischen Zylinderlaufbuchse 4 und dem Kurbelgehäuse 2 werden mikroskopische Spalte 20 (die die Funktionalität an sich nicht beeinflussen) reduziert. Wasser, das durch die Bohrung 18 läuft und unter Umständen in die Spalte 20 gelangen kann, wird durch die nahezu rechtwinklige Unterkante 15 der Buchse 4 daran gehindert, in den Ölraum 16 einzudringen.
Neben den bisher genannten funktionalen Vorteilen der Erfindung, führt die erfindungsgemäße Verkürzung der Zylinderlaufbuchse zu einer Reduktion der Bauteilkosten, die auf den geringeren Materialverbrauch zurückzuführen ist.

Claims (6)

  1. Zylinderkurbelgehäuse (2) einer Brennkraftmaschine (1) aus einer Aluminium-Druckgusslegierung mit mindestens einer Zylinderbohrung (7), die mindestens eine Zylinderlaufbuchse (4, 4') aus einer übereutektischen Aluminium-Siliziumlegierung aufweist, in der axial bewegbar jeweils ein Kolben (6) angeordnet ist, wobei der Kolben mindestens einen Kolbenring (10-10''), ein Kolbenhemd und eine Kolbenkrone umfasst, der Kolben (6) in seiner Bewegung bezüglich des Kolbenringes (10) einen oberen und einen unteren Todpunkt (11) aufweist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Zylinderlaufbuchse (4, 4') weitestens 10 mm unterhalb eines untersten Kolbenrings (10) im unteren Todpunkt (11) endet
    und die Zylinderlauffläche (14') der Zylinderbohrung (7) unterhalb der Zylinderlaufbuchse (4, 4') aus der Aluminium-Druckgusslegierung besteht.
  2. Zylinderkurbelgehäuse nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderlaufbuchse (4, 4') an einer unteren Abschlusskante (15) nahezu rechtwinklig ausgestaltet ist.
  3. Gießwerkzeug (22) zur Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses (2) mit mindestens einer Zylinderbohrung (7) und mindestens einer Zylinderlaufbuchse (4, 4') nach Anspruch 1, wobei das Gießwerkzeug (22) mindestens eine, durch Schieber bewegbare Pinole (24, 24') aufweist, die zur Darstellung der Zylinderbohrung (7) dient, auf der Pinole (24, 24') die Zylinderlaufbuchse (4, 4') aufgesetzt ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Zylinderlaufbuchse (4, 4') die Pinole (24, 24') in axialer Richtung maximal 85 % überdeckt und
    ein Anguss des Gießwerkzeugs (22), der zur Befüllung des Gießwerkzeuges durch ein Gießmetall dient, so angebracht ist, dass eine Hauptstromrichtung (25) des Gießmetalls die Pinole (24, 24') von ihrer Unterseite, seitens eines späteren Ölraumes, her trifft.
  4. Gießwerkzeug nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderlaufbuchse (4, 4') auf der Pinole (24, 24') fixiert ist.
  5. Gießwerkzeug nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderlaufbuchse (4, 4') auf der Pinole (24, 24') durch mindestens eine Nase (32) fixiert ist.
  6. Gießwerkzeug nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Nase (32) teilweise in einer Aussparung (34) der Pinole (24, 24') versenkt ist und teilweise einen Stützbereich (36) für die Zylinderlaufbuchse (4, 4')bildet.
EP02774575A 2001-10-31 2002-09-06 Zylinderkurbelgehäuse mit einer zylinderlaufbuchse und giesswerkzeug Expired - Fee Related EP1439927B1 (de)

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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BRPI0503019B1 (pt) * 2005-07-22 2018-02-06 Whirlpool S.A. Conjunto de pistão e cilindro com folga diametral variável e cilindro para uso em conjuntos de pistão e cilindro com folga diametral variável
US7665440B2 (en) * 2006-06-05 2010-02-23 Slinger Manufacturing Company, Inc. Cylinder liners and methods for making cylinder liners
DE102007003135B3 (de) * 2007-01-16 2008-03-06 Peak Werkstoff Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses mit mehreren Zylinderlaufbuchsen sowie kurze Zylinderlaufbuchse mit daran festgelegtem Materialstreifen

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB600156A (en) * 1945-09-28 1948-04-01 Glacier Co Ltd Improvements in or relating to engine cylinders
US3021183A (en) * 1958-11-28 1962-02-13 Gould National Batteries Inc Cylinder and piston structures
US3033183A (en) * 1961-05-15 1962-05-08 Gen Motors Corp Cylinder liner
FR2537654B2 (fr) * 1982-06-17 1987-01-30 Pechiney Aluminium Perfectionnement des chemises de moteurs a base d'alliages d'aluminium et de grains de silicium calibres et leurs procedes d'obtention
JPS60155665A (ja) * 1984-01-24 1985-08-15 Mitsubishi Heavy Ind Ltd シリンダライナの製造方法
EP0299679B1 (de) * 1987-07-11 1992-10-14 Isuzu Motors Limited Kühlungsanlage für eine wärmeisolierte Brennkraftmaschine
DE4020268C1 (de) * 1990-06-26 1991-08-14 Mercedes-Benz Aktiengesellschaft, 7000 Stuttgart, De
US5303682A (en) * 1991-10-17 1994-04-19 Brunswick Corporation Cylinder bore liner and method of making the same
JPH06185401A (ja) * 1992-12-16 1994-07-05 Mitsubishi Motors Corp ライナレスシリンダブロック構造
US5302450A (en) * 1993-07-06 1994-04-12 Ford Motor Company Metal encapsulated solid lubricant coating system
DE4438550C2 (de) * 1994-10-28 2001-03-01 Daimler Chrysler Ag Verfahren zur Herstellung einer in ein Kurbelgehäuse einer Hubkolbenmaschine eingegossenen Zylinderlaufbüchse aus einer übereutektischen Aluminium-Silizium-Legierung
JPH09170487A (ja) * 1995-05-26 1997-06-30 Toyota Motor Corp シリンダブロックの製造方法
JPH09151782A (ja) * 1995-11-29 1997-06-10 Toyota Motor Corp シリンダブロックの製造方法
DE19634504A1 (de) * 1996-08-27 1997-12-04 Daimler Benz Ag In ein Leichtmetall-Gußteil einzugießender Rohling eines anderen Leichtmetallteiles und Verfahren zum Herstellen eines solchen Rohlinges
DE19904971A1 (de) * 1999-02-06 2000-08-31 Vaw Alucast Gmbh Verfahren und Vorrichtung für die Herstellung von Motorblöcken
DE19906026B4 (de) * 1999-02-12 2006-10-05 Audi Ag Vorrichtung zum Eingießen zumindest einer Buchse in ein Gehäuse
DE10009135A1 (de) * 2000-02-26 2001-08-30 Volkswagen Ag Laufbuchsen aus einer Aluminiumlegierung zum Eingießen in Zylinderblöcke aus Leichtmetall von Verbrennungsmotoren und Verfahren zu deren Herstellung und Einguß
DE10019793C1 (de) * 2000-04-20 2001-08-30 Federal Mogul Friedberg Gmbh Zylinderlaufbuchse für Verbrennungskraftmaschinen und Herstellungsverfahren

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