WO2012159605A1 - Zylinderlaufbuchse sowie verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents
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- F02F1/004—Cylinder liners
Definitions
- the present invention relates to a cylinder liner for a cylinder crankcase of an internal combustion engine.
- the present invention further relates to a method of manufacturing a cylinder liner.
- Cylirider bushes are usually made of a steel material or a cast iron material.
- a cylindrical tube is usually produced and then finished to a cylinder liner.
- the cylindrical tube must have a large cross-section or a large wall thickness so that the flange can be made by machining the remaining lateral surface of the tube. This is accompanied by a large loss of material.
- the present invention is therefore the object of developing a generic cylinder liner or a generic method so that the loss of material is reduced.
- the solution is that the cylinder liner consists of a head part and a shaft part, which are firmly connected to each other via a joint seam.
- the subject matter of the present invention is furthermore a method for producing a cylinder liner for a cylinder crankcase of an internal combustion engine, characterized by the following method steps: (a) producing a blank of a head part; (b) forming a blank of a shank part; (c) forming a joining surface at the lower free end of the blank of the head part; (D) forming a joining surface at the upper free end of the blank of the shaft portion; (e) joining the blanks via their joining surfaces to form a blank of a cylinder liner; (f) finishing the blank to the finished cylinder liner.
- the embodiment according to the invention is characterized in that regions of the cylinder liner according to the invention with different wall thicknesses consist of separate components.
- a region of the cylinder liner with a small wall thickness can be produced from a blank having a correspondingly small wall thickness, while a region of the cylinder liner with a large wall thickness, for example a flange region, can be produced from a blank having a correspondingly large wall thickness.
- the cylinder liner according to the invention also has the great advantage that a flexible material selection is possible, so that areas of the cylinder liner, which are exposed to different levels of mechanical and thermal stresses in engine operation, can be made from this particularly suitable materials. The load capacity of the cylinder liner during engine operation is thus increased.
- the head part and the shaft part can, for example, be connected to one another by means of welding, soldering or gluing.
- the blank of the head part and the blank of the shaft part are joined by means of friction welding, since a friction-welded connection is particularly durable and resilient.
- the typical Reibsch spawulste arising during the friction welding process can be easily removed in the course of finishing the resulting blank to the finished cylinder liner according to the invention.
- the joining seam of the cylinder liner according to the invention or the respective joining surface of the blanks of the head part and the shaft part can extend horizontally or obliquely to their respective central axis (M).
- M central axis
- the head part of the cylinder liner according to the invention preferably has a circumferential flange in order to center or fix the cylinder liner in the cylinder crankcase in a particularly simple manner.
- the headboard can be below of the peripheral flange having a circumferential fillet, which is expediently in the course of finishing by machining and / or plastic deformation, eg rolling, is formed.
- the shaft part of the cylinder liner according to the invention is formed from a cylindrical tube or a cylindrical tube is used as the blank of the shaft part.
- the production of such a tube is particularly simple and inexpensive.
- the head part consists of a cast iron material and the shaft part of a steel material in favor of increased robustness with respect to cavitation damage of the water-side lateral surface.
- the head part made of a steel material and the shaft part of a cast iron material in favor of improved strength in the region of the highly loaded radius' below the flange collar.
- Figure 1 shows a first embodiment of a blank of an inventive
- Figure 2 shows another embodiment of a blank of a cylinder liner according to the invention in section
- Figure 3 shows the cylinder liner according to the invention after finishing the
- FIG. 1 Blanks according to Figure 1 in section;
- Figure 4 shows the cylinder liner according to the invention after finishing the blank according to Figure 2 in section.
- FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of a blank 10a according to the invention of a cylinder liner 10.
- the blank 10a of the cylinder liner 10 in the exemplary embodiment consists of a blank 11a of a head part 11 and a blank 12a of a shank part 12.
- the blank 11a consists of a cast iron material in the exemplary embodiment the blank 12a is formed in the embodiment of a cylindrical tube made of a steel material.
- the blank 11 a is provided at its lower free end 13 with a circumferential joining surface 14, while the blank 12 a is provided at its upper free end 15 with a circumferential joining surface 16.
- the joining surfaces 14, 16 extend in this embodiment horizontally to the center axis M of the blank 10a of the cylinder liner 10. This center axis M is congruent with the center axes of the blanks 11a, 12a and with the center axis of the finished cylinder liner 10th
- the blanks 11 a, 12 a were brought into contact along their joining surfaces 14, 16 and joined by means of friction welding.
- the joining surfaces 14, 16 are shown slightly spaced and indicated the typical Sch Strukturwulste 17 resulting in friction welding dash-dotted lines.
- FIG. 3 shows the finished cylinder liner 10 according to the invention after the finishing of the blank 10a according to FIG. 1.
- the cylinder liner 10 according to the invention consists of a head part 11 and a shank part 12.
- the inner and outer surfaces of the blank 10a have been machined.
- the Reibsch spawulste 17 were removed.
- a circumferential flange 19 was formed by machining.
- Below the flange 19, a circumferential fillet 21 was incorporated.
- the joining seam 18, by way of which the head part 11 and the shaft part 12 are firmly connected to one another, is arranged below the fillet 21.
- FIG. 2 shows a further embodiment of a blank 110a according to the invention of a cylinder liner 110.
- the blank 110a of the cylinder liner 110 in the exemplary embodiment consists of a blank 111a of a head part 111 and a blank 112a of a shaft part 112.
- the blank 111a in the exemplary embodiment consists of a cast iron material, while the Blank 112a is formed in the embodiment of a cylindrical tube made of a steel material.
- the blank 111 a is provided at its lower free end 113 with a circumferential joining surface 114, while the blank 112 a is provided at its upper free end 115 with a circumferential joining surface 116.
- the joining surfaces 114, 116 extend in this embodiment obliquely to the center axis M of the blank 110a of the cylinder liner 110. This central axis M is congruent with the center axes of the blanks 111a, 112a and with the center axis M of the finished cylinder liner 110th
- the blanks 111a, 112a were brought into contact along their joining surfaces 114, 116, the blanks 111a, 112a centering themselves via their obliquely running joining surfaces 114, 116, and then joined by means of friction welding.
- the joining surfaces 114, 116 are shown slightly spaced and the typical Sch spawulste 117 produced during friction welding indicated by dash-dotted lines.
- the cylinder liner 110 according to the invention consists of a head part 111 and a shank part 112.
- the inner and outer surfaces of the blank 110a were machined. In this case, the Reibsch spawulste 117 were removed.
- a circumferential flange 119 was formed by machining.
- a circumferential fillet 121 has been incorporated.
- a circumferential groove 122 in the lower region of the cylinder liner 110 is used during assembly in a Zy- Engine crankcase for receiving an elastic sealing ring for sealing the water jacket from the lower crankcase space.
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zylinderlaufbuchse (10, 110) für ein Zylinderkurbelgehäuse eines Verbrennungsmotors. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Zylinderlaufbuchse aus einem Kopfteil (11, 111) und einem Schaftteil (12, 112) besteht, die über eine Fügenaht (18, 118) fest miteinander verbunden sind. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Zylinderlaufbuchse.
Description
Zylinderlaufbuchse sowie Verfahren zu ihrer Herstellung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zylinderlaufbuchse für ein Zylinderkurbelgehäuse eines Verbrennungsmotors. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Zylinderlaufbuchse.
Zyliriderlaufbuchsen werden in der Regel aus einem Stahlwerkstoff oder einem Gusseisenwerkstoff hergestellt. Bei Verwendung eines Stahlwerkstoffes wird in der Regel ein zylinderförmiges Rohr hergestellt und anschließend zu einer Zylinderlaufbuchse fertigbearbeitet. Insbesondere dann, wenn die Zylinderlaufbuchse an ihrem oberen freien Ende mit einem Flansch versehen sein soll, muss das zylinderförmige Rohr einen großen Querschnitt bzw. eine große Wanddicke aufweisen so dass der Flansch durch spanendes Bearbeiten der restlichen Mantelfläche des Rohrs hergestellt werden kann. Dies geht mit einem großen Materialverlust einher.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Zylinderlaufbuchse bzw. ein gattungsgemäßes Verfahren so weiterzubilden, dass der Materialverlust verringert wird.
Die Lösung besteht darin, dass die Zylinderlaufbuchse aus einem Kopfteil und einem Schaftteil besteht, die über eine Fügenaht fest miteinander verbunden sind. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Zylinderlaufbuchse für ein Zylinderkurbelgehäuse eines Verbrennungsmotors, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte: (a) Herstellen eines Rohlings eines Kopfteils; (b) Herstellen eines Rohlings eines Schaftteils; (c) Ausbilden einer Fügefläche am unteren freien Ende des Rohlings des Kopfteils; (d) Ausbilden einer Fügefläche am oberen freien Ende des Rohlings des Schaftteils; (e) Fügen der Rohlinge über ihre Fügeflächen zu einem Rohling einer Zylinderlaufbuchse; (f) Fertigbearbeiten des Rohlings zur fertigen Zylinderlaufbuchse.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass Bereiche der erfindungsgemäßen Zylinderlaufbuchse mit unterschiedlichen Wanddicken aus separaten Bauteilen bestehen. So kann ein Bereich der Zylinderlaufbuchse mit einer geringen Wanddicke aus einem Rohling mit entsprechend geringer Wanddicke herstellt werden, während ein Bereich der Zylinderlaufbuchse mit großer Wanddicke, bspw. ein Flanschbereich, aus einem Rohling mit entsprechend großer Wanddicke hergestellt werden kann. Die erfindungsgemäße Zylinderlaufbuchse hat ferner den großen Vorteil, dass eine flexible Werkstoffauswahl möglich ist, so dass Bereiche der Zylinderlaufbuchse, die im Motorbetrieb unterschiedlich großen mechanischen und thermischen Belastungen ausgesetzt sind, aus hierfür besonders geeigneten Werkstoffen herstellt werden können. Die Belastbarkeit der Zylinderlaufbuchse im Motorbetrieb wird somit erhöht.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Das Kopfteil und das Schaftteil können bspw. mittels Schweißen, Löten oder Kleben miteinander verbunden sein. Besonders bevorzugt werden der Rohling des Kopfteils und der Rohling des Schaftteils mittels Reibschweißen gefügt, da eine Reibschweißverbindung besonders dauerhaft und belastbar ist. In diesem Fall können die während des Reibschweißvorgangs entstehenden typischen Reibschweißwulste problemlos im Zuge des Fertigbearbeitens des resultierenden Rohlings zur fertigen erfindungsgemäßen Zylinderlaufbuchse entfernt werden.
Die Fügenaht der erfindungsgemäßen Zylinderlaufbuchse bzw. die jeweilige Fügefläche der Rohlinge des Kopfteils und des Schaftteils können horizontal oder schräg zu ihrer jeweiligen Mittelachse (M) verlaufen. Letzteres hat den Vorteil, dass der Rohling des Kopfteils und der Rohling des Schaftteils durch Kontaktieren ihrer jeweiligen Fügeflächen sich vor dem Fügevorgang von selbst zentrieren.
Das Kopfteil der erfindungsgemäßen Zylinderlaufbuchse weist bevorzugt einen umlaufenden Flansch auf, um die Zylinderlaufbuchse im Zylinderkurbelgehäuse besonders einfach zu zentrieren bzw. zu fixieren. Ferner kann das Kopfteil unterhalb
des umlaufenden Flansches eine umlaufende Ausrundung aufweisen, die zweckmäßigerweise im Zuge der Fertigbearbeitung durch spanende Bearbeitung und/oder plastische Verformung, z.B. Rollieren, eingeformt wird.
Besonders bevorzugt ist das Schaftteil der erfindungsgemäßen Zylinderlaufbuchse aus einem zylinderförmigen Rohr gebildet bzw. wird als Rohling des Schaftteils ein zylinderförmiges Rohr verwendet. Die Herstellung eines solchen Rohrs ist besonders einfach und kostengünstig.
In einer vorteilhaften Weiterbildung bestehen das Kopfteil aus einem Gusseisenwerkstoff und das Schaftteil aus einem Stahlwerkstoff zugunsten einer erhöhten Robustheit bzgl. Kavitationsschädigung der wasserseitigen Mantelfläche. In einer anderen vorteilhaften Ausführung bestehen das Kopfteil aus einem Stahlwerkstoff und das Schaftteil aus einem Gusseisenwerkstoff zugunsten einer verbesserten Festigkeit im Bereich des hoch belasteten Radius' unterhalb des Flanschkragens. Auf diese Weise können diejenigen Bereiche der erfindungsgemäßen Zylinderlaufbuchse, die im Motorbetrieb unterschiedlich großen mechanischen und thermischen Belastungen ausgesetzt sind, aus einem für die jeweiligen Belastungen besonders gut geeigneten Werkstoff hergestellt werden.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen in schematischer, nicht maßstabsgetreuer Darstellung:
Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Rohlings einer erfindungsgemäßen
Zylinderlaufbuchse im Schnitt;
Figur 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Rohlings einer erfindungsgemäßen Zylinderlaufbuchse im Schnitt;
Figur 3 die erfindungsgemäße Zylinderlaufbuchse nach Fertigbearbeiten des
Rohlings gemäß Figur 1 im Schnitt;
Figur 4 die erfindungsgemäße Zylinderlaufbuchse nach Fertigbearbeiten des Rohlings gemäß Figur 2 im Schnitt.
Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rohlings 10a einer Zylinderlaufbuchse 10. Der Rohling 10a der Zylinderlaufbuchse 10 besteht im Ausführungsbeispiel aus einem Rohling 11 a eines Kopfteils 11 und einem Rohling 12a eines Schaftteils 12. Der Rohling 11a besteht im Ausführungsbeispiel aus einem Gusseisenwerkstoff, während der Rohling 12a im Ausführungsbeispiel aus einem zylinderförmigen Rohr aus einem Stahlwerkstoff gebildet ist. Der Rohling 11 a wird an seinem unteren freien Ende 13 mit einer umlaufenden Fügefläche 14 versehen, während der Rohling 12a an seinem oberen freien Ende 15 mit einer umlaufenden Fügefläche 16 versehen wird. Die Fügeflächen 14, 16 verlaufen bei diesem Ausführungsbeispiel horizontal zur Mittelachse M des Rohlings 10a der Zylinderlaufbuchse 10. Diese Mittelachse M ist deckungsgleich mit den Mittelachsen der Rohlinge 11a, 12a sowie mit der Mittelachse der fertigen Zylinderlaufbuchse 10.
Im Ausführungsbeispiel wurden die Rohlinge 11 a, 12a entlang ihrer Fügeflächen 14, 16 in Kontakt gebracht und mittels Reibschweißen gefügt. Zur Verdeutlichung sind die Fügeflächen 14, 16 etwas beabstandet dargestellt und die beim Reibschweißen entstehenden typischen Schweißwulste 17 strichpunktiert angedeutet.
Figur 3 zeigt die fertige erfindungsgemäße Zylinderlaufbuchse 10 nach der Fertigbearbeitung des Rohlings 10a gemäß Figur 1. Die erfindungsgemäße Zylinderlaufbuchse 10 besteht aus einem Kopfteil 11 und einem Schaftteil 12. Die inneren und äußeren Oberflächen des Rohlings 10a wurden spanend bearbeitet. Dabei wurden die Reibschweißwulste 17 entfernt. Entlang des Kopfteils 11 wurde ein umlaufender Flansch 19 durch spanende Bearbeitung ausgeformt. Unterhalb des Flansches 19 wurde eine umlaufende Ausrundung 21 eingearbeitet. Die Fügenaht 18, über die das Kopfteil 11 und das Schaftteil 12 fest miteinander verbunden sind, ist unterhalb der Ausrundung 21 angeordnet.
Figur 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rohlings 110a einer Zylinderlaufbuchse 110. Der Rohling 110a der Zylinderlaufbuchse 110 besteht im Ausführungsbeispiel aus einem Rohling 111a eines Kopfteils 111 und einem Rohling 112a eines Schaftteils 112. Der Rohling 111a besteht im Ausführungsbeispiel aus einem Gusseisenwerkstoff, während der Rohling 112a im Ausführungsbeispiel aus einem zylinderförmigen Rohr aus einem Stahlwerkstoff gebildet ist. Der Rohling 111 a wird an seinem unteren freien Ende 113 mit einer umlaufenden Fügefläche 114 versehen, während der Rohling 112a an seinem oberen freien Ende 115 mit einer umlaufenden Fügefläche 116 versehen wird. Die Fügeflächen 114, 116 verlaufen bei diesem Ausführungsbeispiel schräg zur Mittelachse M des Rohlings 110a der Zylinderlaufbuchse 110. Diese Mittelachse M ist deckungsgleich mit den Mittelachsen der Rohlinge 111a, 112a sowie mit der Mittelachse M der fertigen Zylinderlaufbuchse 110.
Im Ausführungsbeispiel wurden die Rohlinge 111a, 112a entlang ihrer Fügeflächen 114, 116 in Kontakt gebracht, wobei die Rohlinge 111a, 112a sich über ihre schräg verlaufenden Fügeflächen 114, 116 selbst zentrieren, und anschließend mittels Reibschweißen gefügt. Zur Verdeutlichung sind die Fügeflächen 114, 116 etwas beabstandet dargestellt und die beim Reibschweißen entstehenden typischen Schweißwulste 117 strichpunktiert angedeutet.
Figur 4 zeigt die fertige erfindungsgemäße Zylinderlaufbuchse 110 nach der Fertigbearbeitung des Rohlings 110a gemäß Figur 2. Die erfindungsgemäße Zylinderlaufbuchse 110 besteht aus einem Kopfteil 111 und einem Schaftteil 112. Die inneren und äußeren Oberflächen des Rohlings 110a wurden spanend bearbeitet. Dabei wurden die Reibschweißwulste 117 entfernt. Entlang des Kopfteils 111 wurde ein umlaufender Flansch 119 durch spanende Bearbeitung ausgeformt. Unterhalb des Flansches 119 wurde eine umlaufende Ausrundung 121 eingearbeitet. Die Fügenaht 118, über die das Kopfteil 111 und das Schaftteil 112 fest miteinander verbunden sind, ist unterhalb der Ausrundung 121 angeordnet. Eine umlaufende Nut 122 im unteren Bereich der Zylinderlaufbuchse 110 dient bei der Montage in ein Zy-
Iinderkurbelgehäuse zur Aufnahme eines elastischen Dichtrings für die Abdichtung des Wassermantels gegenüber dem unteren Kurbelgehäuseraum.
Claims
1. Zylinderlaufbuchse (10, 110) für ein Zylinderkurbelgehäuse eines Verbrennungsmotors, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderlaufbuchse aus einem Kopfteil (11 , 111) und einem Schaftteil (12, 112) besteht, die über eine Fügenaht (18, 118) fest miteinander verbunden sind.
2. Zylinderlaufbuchse nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Kopfteil (11, 111) und das Schaftteil (12, 112) mittels Schweißen, Löten oder Kleben miteinander verbunden sind.
3. Zylinderlaufbuchse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kopfteil (11 , 111) und das Schaftteil (12, 112) mittels Reibschweißen miteinander verbunden sind.
4. Zylinderlaufbuchse nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Fügenaht (18, 118) horizontal oder schräg zur Mittelachse (M) der Zylinderlaufbuchse (10, 110) verläuft.
5. Zylinderlaufbuchse nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Kopfteil (11 , 111) einen umlaufenden Flansch (19, 119) aufweist.
6. Zylinderlaufbuchse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kopfteil (11, 111) unterhalb des umlaufenden Flansches (12, 112) eine umlaufende Ausrundung (21 , 121) aufweist.
7. Zylinderlaufbuchse nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Schaftteil (12, 112) aus einem zylinderförmigen Rohr gebildet ist.
8. Zylinderlaufbuchse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Kopfteil (11 , 111) aus einem Gusseisenwerkstoff besteht und/oder dass das Schaftteil (12, 112) aus einem Stahl Werkstoff besteht.
9. Verfahren zur Herstellung einer Zylinderlaufbuchse (10, 110) für ein Zylinderkurbelgehäuse eines Verbrennungsmotors, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:
(a) Herstellen eines Rohlings (11a, 1 11a) eines Kopfteils (11 , 111);
(b) Herstellen eines Rohlings (12a, 112a) eines Schaftteils (12, 112);
(c) Ausbilden einer Fügefläche (14, 114) am unteren freien Ende (13, 113) des Rohlings (11a, 111a) des Kopfteils (11 , 111);
(d) Ausbilden einer Fügefläche (16, 116) am oberen freien Ende (15, 115) des Rohlings (12a, 112a) des Schaftteils (12, 112);
(e) Fügen der Rohlinge (11a, 12a; 111a, 112a) über ihre Fügeflächen (14, 16; 114, 116) zu einem Rohling (10a, 110a) einer Zylinderlaufbuchse (10, 110);
(f) Fertigbearbeiten des Rohlings (10a, 110a) zur fertigen Zylinderlaufbuchse (10, 110).
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (e) das Fügen mittels Schweißen, Löten oder Kleben erfolgt.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (e) das Fügen mittels Reibschweißen erfolgt und die resultierenden Reibschweißwulste (17, 117) in Schritt (f) während des Fertigbearbeitens entfernt werden.
12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in den Schritten (c) und (d) die Fügeflächen (14, 16; 114, 116) horizontal oder schräg zur jeweiligen Mittelachse (M) der Rohlinge (11 a, 12a; 111a, 112a) verlaufend ausgebildet werden.
13. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (f) während des Fertigbearbeitens im Kopfteil (11 , 111) ein umlaufender Flansch (19, 119) und unterhalb des umlaufenden Flansches (19, 119) eine umlaufende Ausmndung (21 , 121) ausgebildet werden.
14. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (b) der Rohling (12a, 112a) des Schaftteils (12, 112) aus einem zylinderförmigen Rohr gebildet wird.
15. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in den Schritten (a) und (b) für den Rohling (11a, 111a) des Kopfteils (11 , 111) ein Gusseisenwerkstoff und/oder dass für den Rohling (12a, 112a) des Schaftteils (12, 112) ein Stahlwerkstoff verwendet wird.
Applications Claiming Priority (2)
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