WO2014124616A2 - Zylinderlaufbuchse und verfahren zur herstellung eines motorblocks sowie motorblock - Google Patents

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WO2014124616A2
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outer peripheral
peripheral surface
engine block
welding
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Gerhard Bucher
Marco MAURIZI
Stefan Gaiselmann
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Mahle International Gmbh
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    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D15/00—Casting using a mould or core of which a part significant to the process is of high thermal conductivity, e.g. chill casting; Moulds or accessories specially adapted therefor
    • B22D15/02—Casting using a mould or core of which a part significant to the process is of high thermal conductivity, e.g. chill casting; Moulds or accessories specially adapted therefor of cylinders, pistons, bearing shells or like thin-walled objects
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/18—Other cylinders

Definitions

  • the present invention relates to a cylinder liner made of an iron-based material whose outer peripheral surface is at least partially provided with a means in the form of a wire, a wire mesh or a wire mesh.
  • the invention also relates to a method for producing an engine block and to an engine block made of a light metal-based cast material with at least one such cylinder liner.
  • a generic cylinder liner made of gray cast iron for pouring into an engine block made of light metal casting of an internal combustion engine. At least on the outer lateral surface of the cylinder liner while a means is provided which is designed to reinforce the connection of the gray cast iron of the cylinder liner to the light metal casting of the engine block.
  • the means is formed by a metallic and nonmelting semifinished product that does not melt during the casting process, which is designed in such a way that free zones not covered by the semi-finished product are formed on the outer lateral surface.
  • crankcase for an internal combustion engine with a cylinder tube made of a light metal is known, on whose career a piston is guided.
  • a reinforcing member is cast, which has a knitted or grid structure and extends almost over the entire height of the cylinder tube.
  • an undesirable deformation of the cylinder tube over the entire running height of the piston should be avoided.
  • a cylinder liner for internal combustion engines which is surrounded to equalize the thermal radial expansion of a bandage, the thermal expansion in the radial direction is less than that of the cylinder liner, wherein caused by the bandage expansion inhibition over the length of Cylinder sleeve is different and wherein the bandage consists of a fiber composite material.
  • a cylinder liner is to be created, which has over its longitudinal axis a constant thermal radial expansion, which is particularly adapted to the radial expansion of a piston.
  • the object of the present invention is to provide an improved embodiment for a cylinder liner of the generic type, which in particular by an improved connection between the cylinder liner and a cast engine block.
  • the object of the present invention is further to provide an improved method for producing an engine block with at least one such cylinder liner.
  • the solution consists in that the means is at least pointwise connected to the outer circumferential surface of the cylinder liner by thermal joining, for example. Welding or soldering.
  • the method according to the invention is characterized in that at least one cylinder liner according to the invention is provided, wherein the material of the composition has a higher melting point than the light metal-based casting material, that the at least one provided with the middle cylinder liner is inserted into a mold that the mold is filled with the light metal-based casting material, that the engine block with the at least one cast-in cylinder liner is removed from the mold and finished.
  • the present invention is based on the general idea to provide a cylinder liner made of an iron-based material or non-iron-based material on its outer peripheral surface, that is on its lateral surface, at least partially with a means for reinforcing the connection of the cylinder liner to the light metal-based casting material of an engine block and this Means at least pointwise with the outer peripheral surface of the cylinder liner by thermal joining, for example. Welding or soldering to connect.
  • the agent is designed as a non-melting wire or spiral wire or non-reflowing wire mesh or wire mesh during the casting process of the engine block.
  • Welding or soldering process are formed on the means connecting the means with the outer peripheral surface undercuts, which are surrounded by the casting material of the engine block during later Umgie H the cylinder liner used in a mold of the engine block and thereby a particularly strong form-fitting connection between the cylinder liner and the casting material of the engine block produce.
  • the means according to the invention arranged on the outer peripheral surface, the anchoring of the cylinder liner in the cast material of the engine block can thus be significantly improved.
  • an improved heat flow between the cylinder liner and the engine block is effected, whereby the cylinder Running bush is also better coolable. Due to this, several cylinder liners according to the invention can be arranged at a significantly reduced distance from each other.
  • the agent of the invention is preferably made of a steel material, since such materials usually have high melting points and can be welded well or consists of a copper material or copper alloy material that can be soldered well.
  • the agent is stretched over the outer peripheral surface of the cylinder liner.
  • the agent is thus first firmly connected at one of its initial edges via corresponding welds on the outer peripheral surface and then stretched over the outer peripheral surface.
  • further welds or solder joints are then applied to connect the means to the outer peripheral surface until an end edge of the means is reached.
  • the means may enclose the cylinder liner over its entire outer peripheral surface or they also only circle segment-like, for example over 90 °, cover.
  • connection points are designed as welding or soldering points. At such points, a particularly large number of undercuts are formed compared to connecting seams, the more the more Points are present. The greater the number of undercuts that are encircled by the casting material of the engine block, the stronger the connection between the cylinder liner according to the invention and the casting material of the engine block.
  • These welding or soldering points expediently form at least one line of points, which is preferably rectilinear and arranged in the axial direction.
  • the individual points can thus be arranged, for example, from one first free end to an opposite second free end of the cylinder liner in the axial direction one behind the other, wherein the dot lines formed from the welding or soldering points are provided, for example, at a beginning and an end edge of the means ,
  • the at least one weld or solder dot line arranged in the axial direction offers the advantage that the means can be stretched uniformly in the circumferential direction over the outer peripheral surface of the cylinder liner.
  • At least four, preferably even eight or more, welding or soldering dot lines can be distributed over the outer peripheral surface of the cylinder liner.
  • these dotted lines can be spaced apart from one another in the circumferential direction and aligned in the axial direction of the cylinder liner.
  • weld lines can of course be provided radially or obliquely to the axis of the cylinder liner circumferentially arranged dotted lines or only individual welding or soldering points.
  • two or more such dotted lines cause the stress to be evenly distributed in the portions of the center between the spot weld lines when the means is stretched.
  • the individual welds are more conveniently provided at crossing points of individual wires.
  • the welding or soldering points are expediently distributed uniformly over its length.
  • An inventively provided means in the form of a single wire is preferably arranged spirally around the outer peripheral surface of the cylinder liner. As a result, a uniform over the outer peripheral surface anchoring of the cylinder liner in the casting material of the engine block is possible.
  • a helically arranged single wire can be clamped in a particularly simple manner by being welded at one end to the outer peripheral surface, then spirally tensioned over the outer peripheral surface and finally welded at its other end to the outer circumferential surface. Now you can easily set more welds.
  • At least one groove can be introduced into the outer peripheral surface, in which the individual wire is arranged and guided.
  • the engine block is produced from an aluminum-based alloy.
  • Figure 1 shows two embodiments inventively designed cylinder liners in an engine block
  • FIG. 2 is a sectional view in the region of a welding point connecting the means to the outer peripheral surface of a cylinder liner according to the invention
  • FIG. 3 shows a flow chart of an exemplary embodiment of a method according to the invention for producing an engine block;
  • Figure 4 shows another embodiment of an inventively designed cylinder liner;
  • Figure 5 shows another embodiment of an inventive design
  • Cylinder liner for a means in the form of a single wire.
  • FIG. 1 shows two exemplary embodiments of cylinder liners 1a, 1b according to the invention in an engine block 4.
  • the cylinder liners 1a, 1b according to the invention are made of gray cast iron and each have on their outer circumferential surfaces 2a, 2b means 3a, 3b for reinforcing their connection to the casting material of Engine block 4 on.
  • the means 3a covers only a part of the outer circumferential surface 2a of the cylinder liner 1a, while the means 3b covers the entire outer peripheral surface 2b of the cylinder liner 1b.
  • the means 3a, 3b are formed in both cylinder liners 1a, 1b as a wire mesh or as a wire mesh and in the embodiments on the réelleum- receiving surfaces 2a, 2b of the cylinder treads stretched. As a result, the means 3a, 3b are tight against the outer peripheral surfaces 2a, 2b.
  • the means 3a is fixed along an initial edge 6 on the outer peripheral surface 2a, then stretched in the circumferential direction of the outer peripheral surface 2a and finally fixed along an end edge 7 on the outer peripheral surface 2a.
  • the means 3b can be clamped in a comparable manner, wherein the leading and trailing edges are adjacent to each other (not shown).
  • connection of the means 3a, 3b with the outer peripheral surfaces 2a, 2b via a weld or solder joint is produced by means of welding or soldering points 5.
  • the individual welding or soldering points 5 are expediently provided at crossing points of individual wires of the wire mesh or the wire mesh.
  • the welding points 5 form so-called spot weld lines 8, which are rectilinear and arranged in the axial direction on the outer peripheral surface 2a, 2b.
  • spot weld lines 8 are preferably arranged along the leading edge 6 and the end edge 7.
  • spot weld lines 8 may be circumferentially distributed over the outer peripheral surface 2b.
  • four, preferably eight welding or soldering dot lines 8 are provided.
  • all crossing points of the wires of the wire mesh or of the wire mesh can be provided with welding or soldering points 5 along a single dot line 8.
  • dotted lines 8 In addition to the described extending in the axial direction of the dotted lines 8 can of course also radially or obliquely to the axis of the cylinder liners 1a, 1b circumferentially arranged dotted lines or only individual welding or soldering points 5 may be provided. However, two or more such dotted lines 8 cause the tension in the strained means 3a, 3b to be evenly distributed in the portions of the means 3a, 3b lying between the welding or soldering spot lines 8.
  • FIG. 4 shows a further exemplary embodiment of a cylinder liner 1c according to the invention.
  • the cylinder liner 1c consists of gray cast iron and has on its outer peripheral surface 2c a means 3c for enhancing its connection to the cast material of the engine block (not shown).
  • the means 3c is formed in this embodiment as a single wire, for example. Spiral wire, and arranged spirally around the smooth outer peripheral surface 2c.
  • the means 3c may be tightly stretched over the outer peripheral surface 2c and thus closely abut the same.
  • the means 3c is fixed at one of its ends 6c on the outer peripheral surface 2c, then spirally stretched in the circumferential direction of the outer peripheral surface 2c, and finally attached to the other 7c thereof on the outer peripheral surface 2c.
  • the compound of the means 3c with the outer peripheral surface 2c is preferably carried out via a welded connection, wherein the wire may also be galvanized.
  • this welded connection is likewise produced by means of spot welds 5.
  • the spot welds 5 are evenly distributed in the exemplary embodiment via the means 3c.
  • FIG. 5 shows a further exemplary embodiment of a cylinder liner 1d according to the invention.
  • the cylinder liner 1d is made of gray cast iron and has on its outer peripheral surface 2d a helically encircling groove 10.
  • a dot-dash line in Figure 5 for reasons of clarity indicated means 3d is arranged and guided.
  • the means 3d is formed as a single wire and corresponds to the means 3c shown in Figure 4 and described above.
  • connection of the means 3d with the outer peripheral surface 2d via a welded connection (not shown), as has already been described for the other embodiments.
  • Figure 2 shows an enlarged sectional view of a welding point 5, which connects one of the outer peripheral surfaces 2a, 2b, 2c, 2d of the cylinder liners 1a, 1b, 1c, 1d with a means 3a, 3b, 3c, 3d. It can be clearly seen that undercuts 9 are formed between the spot weld 5 and the means 3a, 3b, 3c, 3c. Of course, welds for connecting the means 3a, 3b, 3c, 3d can be produced. In this case, continuous undercuts between the weld and the means 3a, 3b, 3c, 3d are formed (not shown).
  • the means 3a, 3b, 3c, 3d consists of a material which does not melt during the subsequent casting process of the engine block 4, preferably a steel material. This means that when casting the cylinder liners 1a, 1b, 1c, 1d with the casting material of the engine block 4, the material of the means 3a, 3b, 3c 3d does not melt, but remains intact. The melting temperature of the material of the means 3a, 3b, 3c, 3d is thus higher than the melting temperature of the casting material for the engine block 4.
  • the cylinder liner 1 according to the invention is placed after placing and welding the means 3 on the outer circumferential surface 2 in a mold for casting the engine block 4, wherein the cylinder liner 1 is then surrounded by the casting material of the engine block 4, for example a light metal, in particular aluminum.
  • the means 3 may be made of iron-based material, such as ferritic, martensitic, austenitic and / or austenitic-ferrite steel, and the means 3 for non-iron-based materials of copper-based alloys, nickel or nickel-based alloys, aluminum or aluminum-based alloys or titanium-based alloys, for both groups of materials according to the relevant ISO or DIN standards, may exist.
  • FIG. 3 shows an inventive method for producing the engine block 4 or the internal combustion engine 10 with such an engine block 4.
  • a cylinder liner first in a method step A, a cylinder liner
  • this means 3 then becomes over the outer circumferential surface
  • step C the means 3 is welded at least in regions to the cylinder liner 1, for example via welding or soldering points 5 arranged along welding or soldering spot lines 8, as shown in FIGS. 1 and 2.
  • step D the cylinder liner 1 is now placed together with the welded thereto means 3 in a mold for an engine block 4, whereupon in process step E, the mold is filled with a light metal alloy, in particular with an aluminum alloy and thereby the engine block 4 by pouring the Zylinderlaufbuchsein 1 is produced.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zylinderlaufbuchse (1) aus einem eisenbasierten Werkstoff, deren Außenumfangsfläche (2) zumindest teilweise mit einem Mittel (3) in Form eines Drahtes, eines Drahtgeflechts oder eines Drahtgitters versehen ist. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Mittel (3) zumindest punktweise mit der Außenumfangsfläche (2) der Zylinderlaufbuchse (1) verschweißt oder verlötet ist.

Description

Zylinderlaufbuchse und Verfahren zur Herstellung eines Motorblocks sowie
Motorblock
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zylinderlaufbuchse aus einem eisenbasierten Werkstoff, deren Außenumfangsfläche zumindest teilweise mit einem Mittel in Form eines Drahtes, eines Drahtgeflechts oder eines Drahtgitters versehen ist. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung eines Motorblocks sowie einen Motorblock aus einem leichtmetallbasierten Gusswerkstoff mit mindestens einer derartigen Zylinderlaufbuchse.
Aus der DE 198 59 098 C1 ist eine gattungsgemäße Zylinderlaufbuchse aus Grau- guss zum Eingießen in einen aus Leichtmetallguss bestehenden Motorblock einer Brennkraftmaschine bekannt. Zumindest an der Außenmantelfläche der Zylinderlaufbuchse ist dabei ein Mittel vorgesehen, das zur Verstärkung der Anbindung des Graugusses der Zylinderlaufbuchse an den Leichtmetallguss des Motorblocks ausgebildet ist. Das Mittel ist dabei durch ein die Außenmantelfläche umhüllendes, metallisches und beim Gießvorgang nicht aufschmelzendes Halbzeug gebildet, das derart gestaltet ist, dass an der Außenmantelfläche freie, vom Halbzeug nicht bedeckte Zonen gebildet werden. Durch die beschriebene Verbindung zwischen der Zylinderlaufbuchse und dem Motorblock soll zudem die Gefahr einer unerwünschten Rissbildung zwischen Zylinderlaufbuchse und Motorblock reduziert werden.
Aus der DE 10 2006 021 176 A1 ist ein Kurbelgehäuse für eine Brennkraftmaschine mit einem Zylinderrohr aus einem Leichtmetall bekannt, auf dessen Laufbahn ein Kolben geführt ist. In das Zylinderrohr ist dabei ein Verstärkungsteil eingegossen, welches eine Gestrick- oder Gitterstruktur aufweist und sich nahezu über die gesamte Höhe des Zylinderrohrs erstreckt. Es soll insbesondere eine unerwünschte Deformation des Zylinderrohres über die gesamte Laufhöhe des Kolbens vermieden werden.
|Bestätigungskopie| Aus der DE 100 26 290 B4 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses für eine Brennkraftmaschine bekannt, wobei ein Grundkörper aus einem ersten Material und Zylinderwandungen aus einem zweiten Material bestehen und wobei zwischen den beiden Materialien eine gitterartige Bewehrung vorgesehen ist. Die gitterartige Bewehrung wird dabei ein eine Gussform für das Zylinderkurbelgehäuse eingesetzt, woraufhin dann die beiden Materialien in die Gussform eingebracht werden. Hierdurch soll eine Brennkraftmaschine mit einem leicht bearbeitbaren Grundkörper und verschleißfesten Zylinderlaufflächen einfach und kostengünstig hergestellt werden können.
Aus der DE 10 2004 005 458 B4 ist ein in einer metallischen Dauerform gegossener, buchsenloser Zylinderblock aus einer Leichtmetalllegierung für eine Brennkraftmaschine mit einer lokal verstärkten Zylinderlauffläche bekannt, wobei die lokale Verstärkung durch ein separates Formteil gebildet ist. Das separate Formteil wird dabei durch eine aus aufgewickeltem Draht gebildete ein- oder mehrlagige Buchse gebildet.
Aus der DE 31 34 771 A1 ist eine Zylinderbuchse für Brennkraftmaschinen bekannt, die zur Vergleichmäßigung der thermischen Radialdehnung von einer Bandage umgeben ist, deren thermische Ausdehnung in radialer Richtung geringer ist als die der Zylinderlaufbuchse, wobei die von der Bandage hervorgerufene Ausdehnungsbehinderung über die Länge der Zylinderbuchse verschieden ist und wobei die Bandage aus einem Faserverbundwerkstoff besteht. Hierdurch soll eine Zylinderbuchse geschaffen werden, die über ihre Längsachse eine konstante thermische Radialdehnung aufweist, die insbesondere an die radiale Dehnung eines Kolbens angepasst ist.
Weitere Brennkraftmaschinen mit Zylinderlaufbuchsen sind beispielsweise aus der JP 61155646 A, aus der JP 61180633 A sowie aus der GB 601 ,894 bekannt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, für eine Zylinderlaufbuchse der gattungsgemäßen Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine verbesserte Verbindung zwischen der Zylinderlaufbuchse und einem gegossenen Motorblock auszeichnet. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht ferner darin, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Motorblocks mit zumindest einer solchen Zylinderlaufbuchse anzugeben.
Die Lösung besteht darin, dass das Mittel zumindest punktweise mit der Außenum- fangsfläche der Zylinderlaufbuchse durch thermisches Fügen, bspw. Schweißen oder Löten, verbunden ist. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass mindestens eine erfindungsgemäße Zylinderlaufbuchse bereitgestellt wird, wobei der Werkstoff des Mittels einen höheren Schmelzpunkt aufweist als der leichtmetallbasierte Gusswerkstoff, dass die mindestens eine mit dem Mittel versehene Zylin- derlaufbuchse in eine Gussform eingesetzt wird, dass die Gussform mit dem leichtmetallbasierten Gusswerkstoff ausgefüllt wird, dass der Motorblock mit der mindestens einen eingegossen Zylinderlaufbuchse aus der Gussform entnommen und fertigbearbeitet wird.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine Zylinderlaufbuchse aus einem eisenbasierten Werkstoff oder nichteisen basierten Werkstoff an ihrer Außenumfangsfläche, das heißt an ihrer Mantelfläche, zumindest teilweise mit einem Mittel zur Verstärkung der Anbindung der Zylinderlaufbuchse an den leichtmetallbasierten Gusswerkstoff eines Motorblocks zu versehen und dieses Mittel zumindest punktweise mit der Außenumfangsfläche der Zylinderlaufbuchse durch thermisches Fügen, bspw. Schweißen oder Löten, zu verbinden. Das Mittel ist dabei als beim Gießvorgang des Motorblocks nicht aufschmelzender Draht oder Spiraldraht bzw. nicht aufschmelzendes Drahtgeflecht oder Drahtgitter ausgebildet. Beim
Schweiß- oder Lötvorgang bilden sich an den das Mittel mit der Außenumfangsfläche verbindenden Stellen Hinterschnitte, die beim späteren Umgießen der in eine Gussform des Motorblocks eingesetzten Zylinderlaufbuchse vom Gusswerkstoff des Motorblocks umgössen werden und dadurch eine besonders feste formschlüssige Verbindung zwischen der Zylinderlaufbuchse und dem Gusswerkstoff des Motorblocks erzeugen. Mit dem erfindungsgemäß auf der Außenumfangsfläche angeordneten Mittel kann somit die Verankerung der Zylinderlaufbuchse im Gusswerkstoff des Motorblocks deutlich verbessert werden. Zugleich wird ein verbesserter Wärmefluss zwischen der Zylinderlaufbuchse und dem Motorblock bewirkt, wodurch die Zylinder- laufbuchse auch besser kühlbar ist. Aufgrund dessen können mehrere erfindungsgemäße Zylinderlaufbuchsen mit deutlich reduziertem Abstand zueinander angeordnet werden. Durch eine engere Anordnung der einzelnen Zylinderlaufbuchsen ist es insbesondere möglich, den Motorblock kleiner und kompakter und dadurch auch deutlich leichter zu bauen. Dies hat den Vorteil, dass der Kraftstoffverbrauch einer mit diesem Motorblock ausgerüsteten Brennkraftmaschine reduziert wird, insbesondere sofern diese in einem Kraftfahrzeug eingesetzt wird.
Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Das erfindungsgemäße Mittel ist bevorzugt aus einem Stahlwerkstoff hergestellt, da derartige Werkstoffe in der Regel hohe Schmelzpunkte aufweisen und sich gut verschweißen lassen oder besteht aus einem Kupferwerkstoff bzw. Kupferlegierungswerkstoff, die sich gut verlöten lassen.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist das Mittel über die Außenumfangsfläche der Zylinderlaufbuchse gespannt. Das Mittel wird somit zunächst an einer seiner Anfangskanten über entsprechende Schweißstellen an der Außenumfangsfläche fest angebunden und anschließend über die Außenumfangsfläche gespannt. In diesem gespannten Zustand werden nun weitere Schweißoder Lötstellen zur Verbindung des Mittels mit der Außenumfangsfläche angebracht, bis eine Endkante des Mittels erreicht ist. Dabei kann das Mittel die Zylinderlaufbuchse über ihre gesamte Außenumfangsfläche umschließen oder sie aber auch lediglich kreissegmentartig, beispielsweise jeweils über 90°, bedecken. Durch das unter Spannung stehende Mittel fügt sich dieses mit hoher Anpresskraft an die Außenumfangsfläche der Zylinderlaufbuchse an, wodurch auch eine besonders feste Verankerung der erfindungsgemäßen Zylinderlaufbuchse im Gusswerkstoff des Motorblocks abseits der eigentlichen Schweiß- oder Lötstellen gewährleistet werden kann.
Besonders bevorzugt sind die Verbindungsstellen als Schweiß-oder Lötpunkte ausgebildet. An derartigen Punkten werden im Vergleich zu Verbindungsnähten eine besonders große Anzahl von Hinterschnitten gebildet, und zwar umso mehr, je mehr Punkte vorhanden sind. Je größer die Anzahl der Hinterschnitte, die vom Gusswerkstoff des Motorblocks umflossen werden, desto fester ist die Verbindung zwischen der erfindungsgemäßen Zylinderlaufbuchse und dem Gusswerkstoff des Motorblocks.
Diese Schweiß-oder Lötpunkte bilden zweckmäßigerweise mindestens eine Linie aus Punkten, die vorzugsweise geradlinig ausgebildet ist und in axialer Richtung angeordnet ist. Die einzelnen Punkte können somit bspw. von einem ersten freien Ende bis zu einem gegenüberliegenden zweiten freien Ende der Zylinderlaufbuchse in Axialrichtung hintereinander angeordnet sein, wobei die aus den Schweiß-oder Lötpunkten gebildeten Punktlinien bspw. an einer Anfangs- und einer Endkante des Mittels vorgesehen sind. Die in axialer Richtung angeordnete, mindestens eine Schweiß- oder Lötpunktlinie bietet den Vorteil, dass das Mittel gleichmäßig in Umfangsrichtung über die Außenumfangsfläche der Zylinderlaufbuchse gespannt werden kann.
Es können zumindest vier, vorzugsweise sogar acht oder mehr, Schweiß- oder Lötpunktlinien über die Außenumfangsfläche der Zylinderlaufbuchse verteilt angeordnet sein. Diese Punktlinien können hierbei bspw. in Umfangsrichtung zueinander beabstandet und in Axialrichtung der Zylinderlaufbuchse ausgerichtet sein. Je mehr Schweißpunktlinien vorgesehen sind, desto mehr Hinterschnitte können gebildet werden, die vom Gusswerkstoff des Motorblocks umflossen werden und dadurch eine feste Hinterschnittverbindung bilden. Neben den beschriebenen in axialer Richtung verlaufenden Schweißpunktlinien können selbstverständlich auch radial oder schräg zur Achse der Zylinderlaufbuchse umlaufend angeordnete Punktlinien oder lediglich einzelne Schweiß-oder Lötpunkte vorgesehen sein. Jedoch bewirken zwei oder mehr derartiger Punktlinien, dass bei gespanntem Mittel die Spannung in den zwischen den Schweißpunktlinien liegenden Abschnitten des Mittels gleichmäßig verteilt ist.
Bei einem Mittel in Form eines Drahtgeflechts oder Drahtgitters sind die einzelnen Schweißpunkte zweckmäßiger an Kreuzungspunkten einzelner Drähte vorgesehen. Wenn das Mittel in Form eines Einzeldrahtes vorliegt, sind die Schweiß-oder Lötpunkte zweckmäßigerweise gleichmäßig über seine Länge verteilt. Ein erfindungsgemäß vorgesehenes Mittel in Form eines Einzeldrahts ist bevorzugt spiralförmig um die Außenumfangsfläche der Zylinderlaufbuchse angeordnet. Hierdurch ist eine über die Außenumfangsfläche gleichmäßige Verankerung der Zylinderlaufbuchse im Gusswerkstoff des Motorblocks möglich. Ferner kann ein spiralförmig angeordneter Einzeldraht auf besonders einfache Weise gespannt werden, indem er an einem Ende auf der Außenumfangsfläche angeschweißt, anschließend spiralförmig über die Außenumfangsfläche gespannt und schließlich an seinem anderen Ende auf der Außenumfangsfläche angeschweißt wird. Nun können problemlos weitere Schweißstellen gesetzt werden.
Um das Befestigen des Mittels in Form eines Einzeldrahts, bspw. eines Spiraldrahts, auf der Außenumfangsfläche zu vereinfachen, kann in die Außenumfangsfläche mindestens eine Nut eingebracht sein, in der der Einzeldraht angeordnet und geführt ist.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Motorblock aus einer aluminiumbasierten Legierung hergestellt.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen in einer schematischen, nicht maßstabsgetreuen Darstellung:
Figur 1 zwei Ausführungsbeispiele erfindungsgemäß ausgebildeter Zylinderlaufbuchsen in einem Motorblock;
Figur 2 eine Schnittdarstellung im Bereich eines das Mittel mit der Außenumfangsfläche einer erfindungsgemäßen Zylinderlaufbuchse verbindenden Schweißpunkts;
Figur 3 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Motorblocks; Figur 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß ausgebildeten Zylinderlaufbuchse;
Figur 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß ausgebildeten
Zylinderlaufbuchse für ein Mittel in Form eines Einzeldrahts.
Figur 1 zeigt zwei Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Zylinderlaufbuchsen 1a, 1b in einem Motorblock 4. Die erfindungsgemäßen Zylinderlaufbuchsen 1a, 1 b bestehen im Ausführungsbeispiel aus Grauguss und weisen jeweils an ihren Außenum- fangsflächen 2a, 2b Mittel 3a, 3b zur Verstärkung ihrer Anbindung an den Gusswerkstoff des Motorblocks 4 auf. Das Mittel 3a bedeckt lediglich einen Teil der Außenum- fangsfläche 2a der Zylinderlaufbuchse 1a, während das Mittel 3b die gesamte Au- ßenumfangsfläche 2b der Zylinderlaufbuchse 1 b bedeckt.
Die Mittel 3a, 3b sind bei beiden Zylinderlaufbuchsen 1a, 1b als Drahtgeflecht oder als Drahtgitter ausgebildet und in den Ausführungsbeispielen über die Außenum- fangsflächen 2a, 2b der Zylinderlaufflächen gespannt. Dadurch liegen die Mittel 3a, 3b eng an den Außenumfangsflächen 2a, 2b an. Zu diesem Zweck wird bspw. das Mittel 3a entlang einer Anfangskante 6 auf der Außenumfangsfläche 2a befestigt, dann in Umfangsrichtung der Außenumfangsfläche 2a gespannt und schließlich entlang einer Endkante 7 wiederum auf der Außenumfangsfläche 2a befestigt. Das Mittel 3b kann auf vergleichbare Weise gespannt werden, wobei die Anfangs- und die Endkante einander benachbart gegenüber liegen (nicht dargestellt).
Die Verbindung der Mittel 3a, 3b mit den Außenumfangsflächen 2a, 2b erfolgt über eine Schweiß-oder Lötverbindung. In den Ausführungsbeispielen wird diese Verbindung mittels Schweiß-oder Lötpunkten 5 hergestellt. Die einzelnen Schweiß-oder Lötpunkte 5 sind darüber zweckmäßigerweise an Kreuzungspunkten einzelner Drähte des Drahtgeflechts bzw. des Drahtgitters vorgesehen.
Im Ausführungsbeispiel bilden die Schweißpunkte 5 so genannte Schweißpunktlinien 8, die geradlinig ausgebildet und in axialer Richtung auf den Außenumfangsfläche 2a, 2b angeordnet sind. Wenn die Außenumfangsfläche 2a der Zylinderlaufbuchse 1a lediglich partiell mit dem Mittel 3a bedeckt ist, so sind die Schweißpunktlinien 8 vorzugsweise entlang der Anfangskante 6 und der Endkante 7 angeordnet.
Insbesondere wenn das Mittel 3b die Außenumfangsfläche 2b der Zylinderlaufbuchse 1 b fast vollständig oder vollständig bedeckt, können mehrere derartige Schweißpunktlinien 8 in Umfangsrichtung über die Außenumfangsfläche 2b verteilt angeordnet sein. Zweckmäßigerweise sind vier, vorzugsweise acht Schweiß- oder Lötpunktlinien 8 vorgesehen.
Entlang einer einzelnen Punktlinie 8 können bspw. alle Kreuzungspunkte der Drähte des Drahtgeflechts bzw. des Drahtgitters mit Schweiß-oder Lötpunkten 5 versehen werden. Selbstverständlich ist es auch möglich, bspw. lediglich jeden zweiten oder jeden dritten Kreuzungspunkt mit einem Schweißpunkt 5 zu versehen.
Neben den beschriebenen in axialer Richtung verlaufenden Punktlinien 8 können selbstverständlich auch radial oder schräg zur Achse der Zylinderlaufbuchsen 1a, 1b umlaufend angeordnete Punktlinien oder lediglich einzelne Schweiß-oder Lötpunkte 5 vorgesehen sein. Jedoch bewirken zwei oder mehr derartige Punktlinien 8, dass bei gespannten Mitteln 3a, 3b die Spannung in den zwischen den Schweiß- oder Lötpunktlinien 8 liegenden Abschnitten der Mittel 3a, 3b gleichmäßig verteilt ist.
Figur 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Zylinderlaufbuchse 1c. Die Zylinderlaufbuchse 1c besteht aus Grauguss und weist an ihrer Außenumfangsfläche 2c ein Mittel 3c zur Verstärkung ihrer Anbindung an den Guss- werkstoff des Motorblocks (nicht dargestellt) auf. Das Mittel 3c ist in diesem Ausführungsbeispiel als Einzeldraht, bspw. Spiraldraht, ausgebildet und spiralförmig um die glatte Außenumfangsfläche 2c angeordnet. Das Mittel 3c kann eng über die Außenumfangsfläche 2c gespannt sein und somit eng an derselben anliegen. Zu diesem Zweck wird bspw. das Mittel 3c an einem seiner Enden 6c auf der Außenumfangsfläche 2c befestigt, dann in Umfangsrichtung der Außenumfangsfläche 2c spiralförmig gespannt und schließlich an seinem anderen 7c wiederum auf der Außenumfangsfläche 2c befestigt. Die Verbindung des Mittels 3c mit der Außenumfangsfläche 2c erfolgt bevorzugt über eine Schweißverbindung, wobei der Draht auch verzinkt sein kann. In den Ausführungsbeispielen wird diese Schweißverbindung ebenfalls mittels Schweißpunkten 5 hergestellt. Die Schweißpunkte 5 sind im Ausführungsbeispiel gleichmäßig über das Mittel 3c verteilt.
Figur 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Zylinderlaufbuchse 1d. Die Zylinderlaufbuchse 1d besteht aus Grauguss und weist an ihrer Außenumfangsfläche 2d eine spiralförmig umlaufende Nut 10 auf. In dieser Nut 10 ist ein in Figur 5 aus Gründen der Übersichtlichkeit strichpunktiert angedeutetes Mittel 3d angeordnet und geführt. Das Mittel 3d ist als Einzeldraht ausgebildet und entspricht dem in Figur 4 dargestellten und oben beschriebenen Mittel 3c.
Die Verbindung des Mittels 3d mit der Außenumfangsfläche 2d erfolgt über eine Schweißverbindung (nicht dargestellt), wie sie für die anderen Ausführungsbeispiele bereits beschrieben wurde.
Figur 2 zeigt eine vergrößerte Schnittdarstellung eines Schweißpunktes 5, der eine der Außenumfangsflächen 2a, 2b, 2c, 2d der Zylinderlaufbuchsen 1a, 1b, 1c, 1d mit einem Mittel 3a, 3b, 3c, 3d verbindet. Es ist deutlich zu erkennen, dass zwischen dem Schweißpunkt 5 und dem Mittel 3a, 3b, 3c, 3c Hinterschnitte 9 gebildet sind. Selbstverständlich können auch Schweißnähte zur Verbindung der Mittel 3a, 3b, 3c, 3d hergestellt werden. Dabei werden durchgehende Hinterschnitte zwischen der Schweißnaht und dem Mittel 3a, 3b, 3c, 3d gebildet (nicht dargestellt).
Die Mittel 3a, 3b, 3c, 3d besteht aus einem beim späteren Gießvorgang des Motorblocks 4 nicht aufschmelzenden Werkstoff, vorzugsweise einem Stahlwerkstoff. Das bedeutet, dass beim Umgießen der Zylinderlaufbuchsen 1a, 1b, 1c, 1d mit dem Gusswerkstoff des Motorblocks 4 der Werkstoff der Mittel 3a, 3b, 3c 3d nicht schmilzt, sondern intakt bleibt. Die Schmelztemperatur des Werkstoffs der Mittel 3a, 3b, 3c, 3d ist also höher als die Schmelztemperatur des Gusswerkstoffs für den Motorblock 4. Die erfindungsgemäße Zylinderlaufbuchse 1 wird nach dem Anordnen und Festschweißen des Mittels 3 an der Außenmantelfläche 2 in eine Gussform zum Gießen des Motorblocks 4 eingelegt, wobei anschließend die Zylinderlaufbuchse 1 vom Gussmaterial des Motorblocks 4, beispielsweise einem Leichtmetall, insbesondere Aluminium, umgössen wird.
Im Übrigen gilt, dass für die vorgenannten Ausführungsbeispiele das Mittel 3 aus eisenbasierten Werkstoff, wie ferritisch, martensitisch, austenitisch und/oder austeni- tisch-ferrritisch Stahl bestehen kann und das Mittel 3 bei nichteisenbasierten Werkstoffen aus Kupferbasislegierungen, Nickel-oder Nickelbasislegierungen, Aluminiumoder Aluminiumbasislegierungen oder Titanbasislegierungen, für beide Werkstoffgruppen gemäß der einschlägigen ISO- bzw. DIN-Normen, bestehen kann.
Figur 3 zeigt ist nun ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung des Motorblocks 4 bzw. der Brennkraftmaschine 10 mit einem derartigen Motorblock 4 beschrieben. Dabei wird zunächst in einem Verfahrenschritt A eine Zylinderlaufbuchse
1 aus Grauguss zumindest bereichsweise an ihrer Außenumfangsfläche 2 mit einem Drahtgeflecht oder einem Drahtgitter, also einem Mittel 3 zur Verstärkung der Anbin- dung der Zylinderlaufbuchse 1 an ein Gussmaterial des Motorblocks 4, belegt. Im Verfahrensschritt B wird anschließend dieses Mittel 3 über die Außenumfangsfläche
2 der Zylinderlaufbuchse 1 gespannt. Verfahrensschritt C wird das Mittel 3 zumindest bereichsweise mit der Zylinderlaufbuchse 1 verschweißt, beispielsweise über entlang von Schweiß- oder Lötpunktlinien 8 angeordneten Schweiß- oder Lötpunkten 5, wie dies gemäß den Figuren 1 und 2 dargestellt ist. Im Verfahrensschritt D wird nun die Zylinderlaufbuchse 1 zusammen mit dem daran angeschweißten Mittel 3 in eine Gussform für einen Motorblock 4 eingelegt, woraufhin abschließend im Verfahrensschritt E die Gussform mit einer Leichtmetalllegierung, insbesondere mit einer Aluminiumlegierung gefüllt und dadurch der Motorblock 4 unter Eingießen der Zylinderlaufbuchsein) 1 hergestellt wird.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und mit dem erfindungsgemäßen Motorblock 4 lässt sich eine deutlich engere Anordnung der einzelnen Zylinderlaufbuchsen 1 und verbunden damit eine deutlich engere Anordnung der einzelnen Zylinder im Motor- block 4 erreichen, wodurch dieser kleiner und insbesondere auch leichter gebaut werden kann. Die besonders an den Schweißpunkten 5 gebildeten Hinterschnitte 9, werden beim Gießen des Motorblocks 4 von dessen Gussmaterial umgössen und erzeugen so eine äußerst fest Verbindung zwischen der Zylinderlaufbuchse 1 und dem Motorblock 4. Durch die enge Anbindung der Zylinderlaufbuchse 1 an den Motorblock 4 werden insbesondere auch Luftspalte zwischen diesen Bauteilen 1 , 4, die zu einer verminderten Wärmeübertragung führen können, vermieden, wodurch eine bessere Kühlung und zugleich auch eine engere Anordnung der einzelnen Zylinder ermöglicht wird.
Hierbei bilden sich an den Schweiß- oder Lötpunkten 5 Hinterschnitte 9 (vergleiche Figur 2), die eine besonders feste Verbindung und eine besonders feste Verankerung der Zylinderlaufbuchse 1 im Gussmaterial des Motorblocks 4 ermöglichen. Auch wird durch das Mittel 3, das heißt durch das Drahtgeflecht bzw. durch das Drahtgitter eine bessere Wärmeanbindung der Zylinderlaufbuchse 1 an den Motorblock 4 erreicht, wodurch die einzelnen Zylinder besser gekühlt werden können und insbesondere auch ein Abstand zwischen zwei Zylinderlaufbuchsen 1 , das heißt zwischen zwei Zylindern, reduziert werden kann, wodurch das Herstellen eines besonders kompakten, kleinen und daher auch leichten Motorblocks 4 realisiert werden kann. Durch einen derartig kompakten Motorblock 4 kann wiederum das Gewicht einer damit ausgestatteten Brennkraftmaschine 10 reduziert werden, was zu einer nicht unerheblichen Kraftstoffeinsparung beim Einsatz einer derartigen Brennkraftmaschine 10 in einem Kraftfahrzeug führt.

Claims

Patentansprüche
1. Zylinderlaufbuchse (1) aus einem eisenbasierten Werkstoff, deren Außenum- fangsfläche (2) zumindest teilweise mit einem Mittel (3) in Form eines Drahtes, eines Drahtgeflechts oder eines Drahtgitters versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (3) zumindest punktweise mit der Außenumfangsflä- che (2) der Zylinderlaufbuchse (1) durch thermisches Fügen verbunden ist.
2. Zylinderlaufbuchse nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das
thermische Fügen ein Schweiß- oder Verlötungsprozess ist.
3. Zylinderlaufbuchse nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (3) aus einem eisenbasierenden Werkstoff, bevorzugt Stahl, oder nichtei- senbasierenden Werkstoff, bevorzugt Kupfer, besteht.
4. Zylinderlaufbuchse nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (3) über die Außenumfangsfläche (2) der Zylinderlaufbuchse (1) gespannt ist.
5. Zylinderlaufbuchse nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (3) über Schweiß- oder Lötpunkte (5) mit der Außenumfangsfläche (2) der Zylinderlaufbuchse (1) verbunden ist.
6. Zylinderlaufbuchse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Schweiß- oder Lötpunkte (5) mindestens eine Schweiß- oder Lötpunktlinie (8) bilden.
7. Zylinderlaufbuchse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Schweiß-oder Lötpunktlinie (8) geradlinig ausgebildet und in axialer Richtung angeordnet ist.
8. Zylinderlaufbuchse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest vier Schweiß- oder Lötpunktlinien (8) über die Außenumfangsfläche (2) der Zylinderlaufbuchse (1) verteilt angeordnet sind.
9. Zylinderlaufbuchse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Schweiß- oder Lötpunkte (5) an Kreuzungspunkten einzelner Drähte eines Drahtgeflechts oder Drahtgitters vorgesehen sind.
10. Zylinderlaufbuchse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Schweiß- oder Lötpunkte (5) über die Länge eines Drahtes gleichmäßig verteilt angeordnet sind.
11. Zylinderlaufbuchse nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (3) in Form eines Drahtes spiralförmig um die Außenumfangsfläche (2) der Zylinderlaufbuchse (1) angeordnet ist.
12. Zylinderlaufbuchse nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in die Außenumfangsfläche (2) mindestens eine Nut eingebracht ist, in der das Mittel
. (3) in Form mindestens eines Drahtes angeordnet und geführt ist.
13. Verfahren zum Herstellen eines Motorblocks aus einem leichtmetallbasierten Gusswerkstoff, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:
A: Bereitstellen mindestens einer Zylinderlaufbuchse (1) aus einem eisenbasierten Werkstoff, deren Außenumfangsfläche (2) zumindest teilweise mit einem Mittel (3) in Form eines Drahtes, eines Drahtgeflechts oder eines Drahtgitters versehen ist, wobei das Mittel (3) zumindest punktweise mit der Außenumfangsfläche (2) der Zylinderlaufbuchse (1) verschweißt oder verlötet ist und wobei der Werkstoff des Mittels (3) einen höheren Schmelzpunkt aufweist als der leichtmetallbasierte Gusswerkstoff;
B: Einsetzen der mindestens einen mit dem Mittel (3) versehenen Zylinderlaufbuchse (1) in eine Gussform;
C: Ausfüllen der Gussform mit dem leichtmetallbasierten Gusswerkstoff; D: Entnehmen des Motorblocks (4) mit der mindestens einen eingegossen
Zylinderlaufbuchse (1) aus der Gussform;
E: Fertigbearbeiten des Motorblocks.
14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt A das Mittel (3) über die Außenumfangsfläche (2) der Zylinderlaufbuchse (1) gespannt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt C als Gusswerkstoff eine aluminiumbasierte Legierung verwendet wird.
16. Motorblock (4), enthaltend mindestens eine Zylinderlaufbuchse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
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