WO2018206367A1 - Verfahren zur herstellung eines motorblocks - Google Patents

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WO2018206367A1
WO2018206367A1 PCT/EP2018/061199 EP2018061199W WO2018206367A1 WO 2018206367 A1 WO2018206367 A1 WO 2018206367A1 EP 2018061199 W EP2018061199 W EP 2018061199W WO 2018206367 A1 WO2018206367 A1 WO 2018206367A1
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WO
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particles
cylinder liner
layer
engine block
mold
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Application number
PCT/EP2018/061199
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English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan Gaiselmann
Roland Scholl
Daniel WEIGERT
Original Assignee
Mahle International Gmbh
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Publication date
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Publication of WO2018206367A1 publication Critical patent/WO2018206367A1/de

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    • 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
    • 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
    • B22D19/0081—Casting in, on, or around objects which form part of the product pretreatment of the insert, e.g. for enhancing the bonding between insert and surrounding cast metal
    • 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
    • B22D19/04—Casting in, on, or around objects which form part of the product for joining parts
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing an engine block with at least one cast-in cylinder liner.
  • the invention also relates to an engine block produced by this method and a cylinder liner for such a method.
  • a cylinder liner with an outer surface surface having a surface structure is known. It is provided that the lateral surface is provided with elevations, each elevation having at least one rounding in the region of its base and wherein a portion of the elevations has at least one undercut. Between two surveys with undercuts at least one survey without undercut is arranged. As a result, a possible reliable positive connection between the cylinder liner and a crankcase, that is, an engine block, are created, which also allows a high heat transfer.
  • Cylinder liners are already widely used in today's crankcases or engine blocks and form a running surface for a piston. Due to the usually different material of the cylinder liner compared to the engine block in particular higher tribological claims can be met.
  • the present invention therefore deals with the problem of providing a method for producing an engine block with at least one cast-in cylinder liner, with which in particular a connection of a cylinder liner to the engine block and a heat transfer can be improved.
  • the present invention is based on the general idea to provide a method in which the cylinder liner is both positively connected to an engine block, that is a crankcase, as well as by a material connection.
  • a mold which images a negative mold of the cylinder liner, is first provided, heated and set in rotation. Subsequently, at least one sizing layer is applied to an inner surface of the mold, whereupon a powder with particles of intermetallic phases is applied to the at least one sizing layer, for example, by injection, such that the particles partially penetrate into the sizing layer and are taken up and held by the sizing layer.
  • the at least one sizing layer is at least partially solidified before the particles are applied, in order to prevent the particles from penetrating too deeply into the sizing layer or even sinking into it in a centrifugal casting.
  • a first liquid casting material is introduced, which further forms the cylinder liner and melts the particles of the powder and thereby materially bonds with the first casting material.
  • the cast cylinder liner is then removed from the mold and any remaining adhesive residues are removed. This can be For example, by means of compressed air or by means of a rinsing process done.
  • the cylinder liner is encapsulated with an aluminum having second casting material of the cylinder crankcase or the engine block and so made the engine block.
  • the prefabricated cylinder liner is inserted into a corresponding mold for the production of the engine block.
  • the particles forming the undercut connection are at the same time materially bonded to the material of the cylinder liner, whereby not only a form-fitting effected by undercuts of the particles in the second casting material, but also a cohesive connection between the cylinder liner and the engine block can be achieved, so that with the inventive method, the at least one cylinder liner extremely strong and thus reliably held in the engine block and at the same time optimally connected to this heat transfer, whereby improved cooling of the cylinder liner and thus higher performance of this engine block having internal combustion engine achieved can be.
  • Feo, 65Zr 0 , 35 has proved to be particularly expedient since the best connection both to the first material of the cylinder liner, for example cast iron, and to the second material of the engine block, in this case aluminum, could be observed here. For all these materials, a material connection takes place to the cast-aluminum engine block.
  • particles having an average diameter of 0.2 to 1.0 mm, preferably 0.4 to 0.7 mm are used.
  • a sand, binder, soap and water-containing sizing layer is used.
  • Such sizing layers offer the particular advantage that they are easy to apply and inexpensive.
  • a mold made of an iron material, in particular of steel is used and this heated in particular to about 300 ° C.
  • the heating of a mold formed of steel promotes a comparatively rapid drying of the sizing layer, which in turn allows a comparatively rapid spraying or generally application of the powder with the particles of intermetallic phases can be achieved.
  • such a heating of the mold allows reduced temperature stresses during casting of the cylinder liner, which also benefits can be achieved.
  • the sizing layer is applied with a thickness of about 0.2 to 2.0 mm, preferably 0.8 to 1, 0 mm, in particular sprayed.
  • the sizing layer is thus only applied so thickly that it can easily cope with keeping the applied powder and the sprayed-on particles, but a cycle time, in particular after the application of the at least one Sizing layer and the subsequent at least partially solidifying the same can be kept as short as possible.
  • the preferred thickness is moreover chosen such that the applied particles of intermetallic phases, irrespective of an impact velocity and a solidification state of the at least one sizing layer, can not completely sink into the latter, whereby a subsequent melting of same through the first casting material of the cylinder liner would no longer be possible.
  • the sizing layer may have a first and a second layer.
  • a first layer of the sizing layer at least partially dries it and then applied a second layer of the sizing layer, for example, sprayed, which can also be reliably prevented that when spraying the particles of intermetallic phases this completely sink into the sizing layer.
  • the second layer of the sizing layer is made considerably smaller in thickness than a diameter of the applied particles.
  • the two layers of the at least one size layer have different compositions, which also benefits are achievable:
  • the thickness of the sizing layer, the thermal insulation controlled, with a thin sizing layer faster cooling of the subsequently cast cylinder liner and a this thicker sizing layer cause a slower cooling.
  • the second layer is a functional layer because it is designed to pick up and position the particles. Due to the second layer can be a thick
  • the invention is further based on the general idea to provide a cylinder liner which can be used for the method described above, on the outer circumferential surface of which the above-described particles of intermetallic phases are firmly bonded.
  • the intermetallic phases of the particles preferably have Ni 0 , 75Alo, 25, FeO, 65Zr 0 , 35, FeCrAI, FeCrAl-Cr 3 C 2 , (FeNi) CrAl-Cr 3 C 2 .
  • the cylinder liner is formed, for example, gray cast iron.
  • the particles may have an average diameter of 0.2 to 2.0 mm, preferably 0.4 to 0.7 mm.
  • the particles can also be formed as spherules and thus have a spherical shape, although other geometric shapes are conceivable, such as cubes.
  • the materially firmly bonded to the outer surface of the cylinder liner particles that also form a material connection with the aluminum casting of the engine block after making the engine block, creating an indirect cohesive connection of the cylinder liner on the particles with the second casting material of the engine block can be achieved.
  • an undercut-like shape of cohesively bonded particles also a positive connection between the cylinder liner and engine block can also be achieved.
  • FIG. 1 is a sectional view through a mold with applied sizing layer and applied powder with particles of intermetallic phases before casting a cylinder liner
  • Fig. 3 is a sectional view through a cast from a second cast material cylinder liner.
  • an inner surface 7 of the mold 3 or an inner surface 7 'of the cylinder liner 2 is shown without curvature, which of course has been chosen only for the sake of clarity, as is customary It is clear that the inner surface 7 and the inner surface T are curved.
  • a powder 8 with particles 9 of intermetallic phases is applied to the at least one size coat 4, for example by injection molding, so that the particles 9 are partially absorbed by the size coat 4 or penetrate into it, as shown in FIG.
  • the particles 9 of the powder 8 have penetrated approximately 0.3 to 0.5 mm deep into the sizing layer 4 and are still exposed with a region 10.
  • the particles 9 can be applied in particular by flame spraying in the manner of a continuous layer 9 '.
  • a first liquid cast material 1 for example cast iron, is introduced, which melts the particles 9 of the powder 8 and bonds them with the first cast material 11.
  • FIG. 2 the individual melting or smelting phases of the particles 9 or their regions 10 are shown from left to right.
  • the first liquid and hot casting material 1 1 is first introduced, while it already begins in the stage, which is shown on the second particle 9 from the left to cool and at the same time to melt the area 10 of the particle 9.
  • the region 10 is already cooled and thus a materially bonded connection between the particle 9 and the first casting material 11 is produced, as shown in perfection in the case of the particle 9 shown on the far right according to FIG.
  • the cast cylinder liner 2 is removed from the mold 3 and at the same time still existing Schlichtereste be removed. According to FIG. 3, the cylinder liner 2 is then introduced with the cohesive particles 9 connected thereto in a corresponding manner Casting tool or a casting mold, which forms a negative mold of the engine block 1 to be produced. Then, the cylinder liner 2 is encapsulated with a second casting material 12 comprising aluminum, thereby producing the engine block 1.
  • the method according to the invention can thus be a positive and cohesive connection between the cylinder liner 2 and the casting material 12, that is reach the material of the engine block 1, whereby the cylinder liner 2 can be anchored not only extremely reliable in the material of the engine block 1, but also in a significantly increased heat-transferring contact, in particular due to the cohesive connection between the particle 9 and the cylinder liner 2.
  • an improved cooling of the cylinder liner 2 can be achieved during operation and thus an increase in the performance of an engine equipped with such engine block 1 13th
  • an intermetallic connection 14 that is a cohesive connection between the particles 9 and the second casting material 12 of the engine block 1, takes place at the same time. whereby a continuous cohesive contact between the cylinder liner 2 and the engine block 1 and thus an optimal heat-transferring contact can be created.
  • the cylinder liner 2 is possibly made of an iron alloy or cast iron, while the second casting material 12 is, for example, an aluminum alloy.
  • the particles 9 with intermetallic phases can for example
  • the particles 9 themselves preferably have an average diameter of 0.2 to 2.0 mm, preferably 0.4 to 0.7 mm, whereby in coordination with the penetration depth of 0.3 to 0.5 mm (see FIG. 2) an optimal adhesion or holding of the partial chen 9 can be achieved in the sizing layer 4.
  • the sizing layer 4 comprises, for example, sand, binder, soap and water and is thereby water-soluble, as a result of which any remaining sizing residues can be removed by simple rinsing operations.
  • the mold 3 in turn is preferably made of a ferrous material, in particular of steel, and is heated to about 300 ° C, which not only a faster cycle time can be achieved because the sizing layer 4 dries faster, but also thermal stresses during casting of the cylinder liner 2 can be minimized at least.
  • the sizing layer 4 itself has a thickness between 0.2 and 2.0 mm, preferably between 0.8 and 1, 0 mm, and can, as shown in FIGS. 1 and 2, also of a plurality of layers 5, 6 be formed, wherein the first layer 5, for example, is thinner and thereby solidifies faster, while the second layer 6 is slightly thicker and allows the embedding or penetration of the particles 9 of the powder 8 to the limit to the first layer 5.
  • the powder 8 or its particles 9 are usually sprayed on, wherein preferably the at least one sizing layer 4 or, for example, its first layer 5 has already dried in order to reliably prevent deep penetration or sinking of the particles 9 in the sizing layer 4 can. It is important when applying the particles 9 to the sizing layer 4, namely, that they protrude from the sizing layer 4 with a predefined region 10 and that the bonded connection can be achieved by melting with the first casting material 1 1 of the cylinder liner 2 via this region 10. Looking again at Fig. 1, it can be seen that a distance between two adjacent particles 9 is between 2 and 2.5 mm, of course, the above information on the distance or to Diameter or penetration depth of the particles 9 are to be understood purely by way of example.
  • the method according to the invention thus makes it possible to produce an engine block 1 in which the cylinder liners 2 incorporated therein are firmly bonded to the material, in this case the second casting material 12, of the engine block 1 and thus not only optimally anchored therein, but also optimally heat-transferring with them are connected.
  • the invention also relates to the cylinder liner 2 which can be used for the method described above, on the outer surface of which the previously described particles 9 of intermetallic phases are materially bonded.
  • the intermetallic phases of the particles 9 preferably have Nio, 7 5 Al 0 , 25, Fe 0 , 65Zr 0 , 35, FeCrAI, FeCrAl-Cr 3 C 2 , (FeNi) CrAl-Cr 3 C 2 .
  • the cylin ⁇ derankbuchse 2 is made of a first cast material 1 1, for example, gray cast iron.
  • the particles 9 may have an average diameter of 0.2 to 2.0 mm, preferably 0.4 to 0.7 mm.
  • the particles 9 may also be formed as beads and thereby have a spherical shape, although other geometric shapes are conceivable, such as cubes.
  • the particles 9 can also be applied as part of a continuous layer 9 'and / or by flame spraying.
  • cylinder liners 2 are in the region 10 cohesively firmly attached to the outer surface of the cylinder liner 2 particles 9, which also form a material connection with the aluminum casting of the engine block 1 after the manufacture of the engine block 1 at the same time.
  • an indirect cohesive connection of the cylinder liner 2 via the particles 9 with the second casting material 12 of the engine block 1 can thus be achieved.
  • a positive connection between the cylinder liner 2 and the engine block 1 can be achieved, thereby further improving the connection.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Motorblocks (1) mit zumindest einer eingegossenen Zylinderlaufbuchse (2), bei dem -eine eine Negativform der Zylinderlaufbuchse (2) abbildende Kokille (3) bereitgestellt, aufgeheizt und in Rotation versetzt wird, -eine Schlichteschicht (4) auf eine Innenfläche (7) der Kokille (3) aufgebracht wird, -ein Pulver (8) mit Teilchen (9) aus intermetallischen Phasen derart auf die Schlichteschicht (4) aufgebracht wird, dass die Teilchen (9) teilweise von der Schlichteschicht (4) aufgenommen werden, -ein erster flüssiger Gusswerkstoff (11) eingebracht wird, der die Teilchen (9) des Pulvers (8) anschmilzt und stoffschlüssig mit dem ersten Gusswerkstoff (11) verbindet, -die gegossene Zylinderlaufbuchse (2) aus der Kokille (3) entnommen und Schlichtereste entfernt werden, -die Zylinderlaufbuchse (2) mit einem Aluminium aufweisenden zweiten Gusswerkstoff (12) umgossen und so der Motorblock (1) hergestellt wird.

Description

Verfahren zur Herstellung eines Motorblocks
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Motorblocks mit zumindest einer eingegossenen Zylinderlaufbuchse. Die Erfindung betrifft außerdem einen nach diesem Verfahren hergestellten Motorblock und eine Zylinderlaufbuchse für ein solches Verfahren.
Aus der DE 10 2009 056 919 A1 ist eine Zylinderlaufbuchse mit einer äußeren, eine Oberflächenstruktur aufweisenden Mantelfläche bekannt. Dabei ist vorgesehen, dass die Mantelfläche mit Erhebungen versehen ist, wobei jede Erhebung im Bereich ihrer Basis mindestens eine Verrundung aufweist und wobei ein Teil der Erhebungen mindestens eine Hinterschneidung aufweist. Zwischen zwei Erhebungen mit Hinterschneidungen ist mindestens eine Erhebung ohne Hinterschneidung angeordnet. Hierdurch soll eine möglichst zuverlässig formschlüssige Verbindung zwischen der Zylinderlaufbuchse und einem Kurbelgehäuse, das heißt einem Motorblock, geschaffen werden, die zudem einen hohen Wärmeübertrag erlaubt.
Zylinderlaufbuchsen werden in heutigen Kurbelgehäusen bzw. Motorblöcken bereits vielfältig eingesetzt und bilden eine Lauffläche für einen Kolben. Durch das üblicherweise andere Material der Zylinderlaufbuchse im Vergleich zum Motorblock können insbesondere höhere tribologische Ansprüche erfüllt werden.
Kritisch ist bei Motorblöcken mit Zylinderlaufbuchsen eine zuverlässige Anbin- dung derselben, die zudem einen optimalen Wärmeübertrag und damit eine optimale Kühlung ermöglicht. Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, ein Verfahren zur Herstellung eines Motorblocks mit zumindest einer eingegossenen Zylinderlaufbuchse anzugeben, mit welchem insbesondere eine Anbindung einer Zylinderlaufbuchse an den Motorblock sowie ein Wärmeübertrag verbessert werden können.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, ein Verfahren anzugeben, bei welchem die Zylinderlaufbuchse sowohl formschlüssig mit einem Motorblock, das heißt einem Kurbelgehäuse, als auch durch eine stoffschlüssige Verbindung verbunden wird. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird dabei zunächst eine eine Negativform der Zylinderlaufbuchse abbildende Kokille bereitgestellt, aufgeheizt und in Rotation versetzt. Anschließend wird zumindest eine Schlichteschicht auf eine Innenfläche der Kokille aufgebracht, woraufhin ein Pulver mit Teilchen aus intermetallischen Phasen derart auf die zumindest eine Schlichteschicht aufgebracht, beispielsweise aufgespritzt, wird, dass die Teilchen teilweise in die Schlichteschicht eindringen und von der Schlichteschicht aufgenommen und gehalten werden. Hierbei kann es beispielsweise von Vorteil sein, sofern die zumindest eine Schlichteschicht zumindest teilweise erstarrt ist, bevor die Teilchen aufgebracht werden, um bei einem Schleuderguss zu verhindern, dass die Teilchen zu tief in die Schlichteschicht eindringen oder sogar darin versinken. Anschließend wird ein erster flüssiger Gusswerkstoff eingebracht, der im Weiteren die Zylinderlaufbuchse bildet und der die Teilchen des Pulvers anschmilzt und dadurch stoffschlüssig mit dem ersten Gusswerkstoff verbindet. Die gegossene Zylinderlaufbuchse wird anschließend aus der Kokille entnommen und eventuell noch anhaftende Schlichtereste werden entfernt. Dies kann bei- spielsweise mittels Pressluft oder mittels eines Spülverfahrens erfolgen. Anschließend wird die Zylinderlaufbuchse mit einem Aluminium aufweisenden zweiten Gusswerkstoff des Zylinderkurbelgehäuses bzw. des Motorblocks umgössen und so der Motorblock hergestellt. Hierzu wird die vorgefertigte Zylinderlaufbuchse in eine entsprechende Gussform zur Herstellung des Motorblocks eingelegt. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann erstmals erreicht werden, dass die die Hinterschnittverbindung bildenden Teilchen zugleich stoffschlüssig mit dem Werkstoff der Zylinderlaufbuchse verbunden werden, wodurch nicht nur eine durch Hinterschnitte der Teilchen im zweiten Gusswerkstoff bewirkte formschlüssige, sondern auch eine stoffschlüssige Verbindung zwischen der Zylinderlaufbuchse und dem Motorblock erreicht werden können, so dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die zumindest eine Zylinderlaufbuchse äußerst fest und damit zuverlässig im Motorblock gehalten und zugleich hinsichtlich einer Wärmeübertragung optimal an diesen angebunden ist, wodurch eine verbesserte Kühlung der Zylinderlaufbuchse und damit eine höhere Leistungsfähigkeit einer diesen Motorblock aufweisenden Brennkraftmaschine erreicht werden können.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung werden Teilchen mit intermetallischen Phasen aus den Werkstoffen Ni0,75AI0,25,
Feo,65Zr0,35, FeCrAI, FeCrAI-Cr3C2, (FeNi)CrAI-Cr3C2 verwendet. Als besonders zweckmäßig hat sich hierbei Feo,65Zr0,35 erwiesen, da hier die beste Anbindung sowohl an den ersten Werkstoff der Zylinderlaufbuchse, beispielsweise Gusseisen, als auch an den zweiten Werkstoff des Motorblocks, hier Aluminium, beobachtet werden konnten. Bei all diesen Werkstoffen findet eine stoffliche Verbindung an den umgossenen Aluminiummotorblock statt. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemaßen Lösung werden Teilchen mit einem mittleren Durchmesser von 0,2 bis 1 ,0 mm, vorzugsweise von 0,4 bis 0,7 mm, verwendet. Bei derartigen durchschnittlichen Durchmessern konnte eine besonders gute Anbindung und damit ein besonders guter Formschluss beobachtet werden, da hier einerseits der entstehende Hinterschnitt groß genug ist, andererseits die Teilchen so groß sind, dass sie beim Einbringen des ersten Gusswerkstoffs, beispielsweise Gusseisen, nicht komplett aufgeschmolzen, sondern lediglich angeschmolzen werden und dadurch noch an der Außenoberfläche in Form von Teilkugelsegmenten anhaften.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung wird eine Sand, Binder, Seife und Wasser aufweisende Schlichteschicht verwendet. Derartige Schlichteschichten bieten dabei den besonderen Vorteil, dass sie einfach aufzubringen und kostengünstig sind.
Zweckmäßig wird eine Kokille aus einem Eisenwerkstoff, insbesondere aus Stahl, verwendet und diese insbesondere auf ca. 300 °C aufgeheizt. Das Aufheizen einer aus Stahl ausgebildeten Kokille begünstigt ein vergleichsweise schnelles Abtrocknen der Schlichteschicht, wodurch wiederum ein vergleichsweise schnelles Aufspritzen bzw. generell Aufbringen des Pulvers mit den Teilchen aus intermetallischen Phasen erreicht werden kann. Zudem ermöglicht ein derartiges Aufheizen der Kokille verringerte Temperaturspannungen beim Gießen der Zylinderlaufbuchse, wodurch ebenfalls Vorteile erzielt werden können.
Zweckmäßig wird die Schlichteschicht mit einer Dicke von ca. 0,2 bis 2,0 mm, bevorzugt 0,8 bis 1 ,0 mm aufgebracht, insbesondere aufgespritzt. Die Schlichteschicht wird somit lediglich so dick aufgetragen, dass sie ein Halten des aufgebrachten Pulvers und der aufgespritzten Teilchen problemlos bewältigen kann, jedoch eine Taktzeit, insbesondere nach dem Aufbringen der zumindest einen Schlichteschicht und dem anschließenden zumindest teilweise Erstarren derselben möglichst kurz gehalten werden kann. Die bevorzugte Dicke ist darüber hinaus derart gewählt, dass die aufgebrachten Teilchen aus intermetallischen Phasen unabhängig von einer Auftreffgeschwindigkeit und einem Erstarrungszustand der zumindest einen Schlichteschicht nicht vollständig in dieser versinken können, wodurch ein anschließendes Anschmelzen derselben durch den ersten Gusswerkstoff der Zylinderlaufbuchse nicht mehr möglich wäre.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung kann die Schlichteschicht eine erste und eine zweite Lage aufweisen. Hierbei ist beispielsweise denkbar, dass nach dem Aufbringen einer ersten Lage der Schlichteschicht diese zumindest teilweise abtrocknet und dann anschließend eine zweite Lage der Schlichteschicht aufgebracht, beispielsweise aufgespritzt, wird, wodurch ebenfalls zuverlässig verhindert werden kann, dass beim Aufspritzen der Teilchen aus intermetallische Phasen diese vollständig in der Schlichteschicht versinken. Hierzu wird die zweite Lage der Schlichteschicht hinsichtlich ihrer Dicke deutlich geringer ausgeführt, als ein Durchmesser der aufgebrachten Teilchen. Rein theoretisch ist dabei auch denkbar, dass die beiden Lagen der zumindest einen Schlichteschicht unterschiedliche Zusammensetzungen aufweisen, wodurch ebenfalls Vorteile erzielbar sind: Allgemein ist durch die Dicke der Schlichteschicht die thermische Isolierwirkung steuerbar, wobei eine dünne Schlichteschicht eine schnellere Abkühlung der anschließend gegossenen Zylinderlaufbuchse und eine hierzu dickere Schlichteschicht eine langsamere Abkühlung bewirken. Die zweite Schicht ist eine Funktionsschicht, da diese die Teilchen aufnehmen und positionieren soll. Durch die zweite Lage kann eine dicke
Schlichteschicht aus Kombination der ersten und der zweiten Lage aufgebracht werden. Dies verstärkt die thermische Isolierungswirkung. Die Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, eine für das zuvor beschriebene Verfahren verwendbare Zylinderlaufbuchse bereitzustellen, an deren äußerer Mantelfläche die zuvor beschriebenen Teilchen aus intermetallischen Phasen stoffschlüssig angebunden sind. Die intermetallischen Phasen der Teilchen weisen dabei vorzugsweise Ni0,75Alo,25, Feo,65Zr0,35, FeCrAI, FeCrAI-Cr3C2, (FeNi)CrAI-Cr3C2 auf. Die Zylinderlaufbuchse ist beispielsweise aus Grauguss ausgebildet. Die Teilchen können einen mittleren Durchmesser von 0,2 bis 2,0 mm, bevorzugt von 0,4 bis 0,7 mm, aufweisen. Die Teilchen können auch als Kü- gelchen ausgebildet sein und dadurch eine Kugelform aufweisen, wobei auch andere geometrische Formen denkbar sind, wie beispielsweise Würfel. Von besonderem Vorteil bei den erfindungsgemäßen Zylinderlaufbuchsen sind die stoffschlüssig fest an die äußere Mantelfläche der Zylinderlaufbuchse angebundenen Teilchen, die nach dem Herstellen des Motorblocks zugleich auch eine stoffschlüssige Verbindung mit dem Aluminiumgusswerkstoff des Motorblocks eingehen, wodurch eine indirekte stoffschlüssige Verbindung der Zylinderlaufbuchse über deren Teilchen mit dem zweiten Gusswerkstoff des Motorblocks erreicht werden. Durch eine hinterschnittartige Form der stoffschlüssig angebundenen Teilchen kann zudem auch noch eine formschlüssige Verbindung zwischen Zylinderlaufbuchse und Motorblock erreicht werden.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch,
Fig. 1 eine Schnittdarstellung durch eine Kokille mit aufgebrachter Schlichteschicht und aufgebrachtem Pulver mit Teilchen aus intermetallischen Phasen vor einem Gießen einer Zylinderlaufbuchse,
Fig. 2 von links nach rechts unterschiedliche Stadien eines Anschmelzens und damit eines stoffschlüssigen Anbindens eines Teilchens beim Gießen der Zylinderlaufbuchse,
Fig. 3 eine Schnittdarstellung durch eine von einem zweiten Gusswerkstoff eingegossene Zylinderlaufbuchse.
Entsprechend den Fig. 1 bis 3 sind einzelne Verfahrensschritte zur Herstellung eines Motorblocks 1 , üblicherweise eines Kurbelgehäuses, mit zumindest einer eingegossenen Zylinderlaufbuchse 2 gezeigt. Dabei wird im ersten Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens zunächst eine eine Negativform der Zylinderlaufbuchse 2 abbildende Kokille 3 bereitgestellt, aufgeheizt und in Rotation versetzt. Anschließend wird zumindest eine Schlichteschicht 4, welche beispielsweise zwei Lagen 5 und 6 aufweisen kann, auf eine Innenfläche 7 der Kokille 3 aufgebracht, beispielsweise aufgespritzt, insbesondere im Schleuderguss. Gemäß den Fig. 1 bis 3 ist dabei eine Innenfläche 7 der Kokille 3 bzw. eine Innenfläche 7' der Zylinderlaufbuchse 2 ohne Krümmung dargestellt, was selbstverständlich nur der Übersichtlichkeit halber so gewählt wurde, da üblicherweise klar ist, dass die Innenfläche 7 als auch die Innenfläche T gekrümmt sind. Anschließend wird ein Pulver 8 mit Teilchen 9 aus intermetallischen Phasen derart auf die zumindest eine Schlichteschicht 4 aufgebracht, beispielsweise aufgespritzt, dass die Teilchen 9 teilweise von der Schlichteschicht 4 aufgenommen werden bzw. in diese eindringen, wie dies gemäß der Fig. 1 dargestellt ist.
Entsprechend der Fig. 2 kann man dabei erkennen, dass die Teilchen 9 des Pulvers 8 ca. 0,3 bis 0,5 mm tief in die Schlichteschicht 4 eingedrungen und mit einem Bereich 10 noch frei liegen.
Die Teilchen 9 können dabei insbesondere durch Flammspritzen in der Art einer durchgängigen Schicht 9' aufgebracht werden.
In einem weiteren Verfahrensschritt wird nun ein erster flüssiger Gusswerkstoff 1 1 , beispielweise Gusseisen, eingebracht, der die Teilchen 9 des Pulvers 8 anschmilzt und stoffschlüssig mit dem ersten Gusswerkstoff 1 1 verbindet. In der Fig. 2 sind dabei die einzelnen Aufschmelz- bzw. Anschmelzphasen der Teilchen 9 bzw. deren Bereiche 10 von links nach rechts dargestellt. Ganz links wird der erste flüssige und heiße Gusswerkstoff 1 1 zunächst eingebracht, während er in dem Stadium, welches am zweiten Teilchen 9 von links dargestellt ist, bereits beginnt, leicht abzukühlen und zugleich den Bereich 10 des Teilchens 9 aufzuschmelzen. Bei dem dritten von links gezeigten Teilchen 9 erfolgt bereits ein Abkühlen des Bereichs 10 und damit ein stoffschlüssiges Verbinden des Teilchens 9 mit dem ersten Gusswerkstoff 1 1 , wie dies in Vollendung bei dem ganz rechts dargestellten Teilchen 9 gemäß der Fig. 2 gezeigt ist.
Anschließend wird die gegossene Zylinderlaufbuchse 2 aus der Kokille 3 entnommen und zugleich werden unter Umständen noch vorhandene Schlichtereste entfernt. Gemäß der Fig. 3 erfolgt dann ein Einbringen der Zylinderlaufbuchse 2 mit den stoffschlüssigen daran angebundenen Teilchen 9 in ein entsprechendes Gusswerkzeug bzw. eine Gießform, die eine Negativform des herzustellenden Motorblocks 1 bildet. Daraufhin wird die Zylinderlaufbuchse 2 mit einem Aluminium aufweisenden zweiten Gusswerkstoff 12 umgössen und dadurch der Motorblock 1 hergestellt. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lässt sich somit eine formschlüssige und stoffschlüssige Verbindung zwischen der Zylinderlaufbuchse 2 und dem Gusswerkstoff 12, das heißt dem Material des Motorblocks 1 erreichen, wodurch die Zylinderlaufbuchse 2 nicht nur äußerst zuverlässig im Material des Motorblocks 1 verankert werden kann, sondern auch in einem deutlich gesteigerten wärmeübertragenden Kontakt, insbesondere aufgrund der stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem Teilchen 9 und der Zylinderlaufbuchse 2. Hierdurch lässt sich eine verbesserte Kühlung der Zylinderlaufbuchse 2 während des Betriebes erreichen und damit eine Steigerung der Leistung einer mit einem solchen Motorblock 1 ausgestatteten Brennkraftmaschine 13.
Wie der Fig. 3 dabei zu entnehmen ist, erfolgt beim Umgießen der Zylinderlaufbuchse 2 mit dem zweiten Gusswerkstoff 12 des Motorblocks 1 zugleich auch eine intermetallische Verbindung 14, das heißt eine stoffschlüssige Verbindung, zwischen den Teilchen 9 und dem zweiten Gusswerkstoff 12 des Motorblocks 1 , wodurch ein durchgehend stoffschlüssiger Kontakt zwischen der Zylinderbuchse 2 und dem Motorblock 1 und damit ein optimal wärmeübertragender Kontakt geschaffen werden können. Die Zylinderlaufbuchse 2 ist dabei möglicherweise aus einer Eisenlegierung bzw. Gusseisen, hergestellt, während der zweite Gusswerkstoff 12 beispielsweise eine Aluminiumlegierung ist.
Die Teilchen 9 mit intermetallischen Phasen können beispielsweise aus
Nio,75Alo,25, Feo,65Zr0,35, FeCrAI, FeCrAI-Cr3C2, (FeNi)CrAI-Cr3C2 aufweisen. Die Teilchen 9 selbst haben vorzugsweise einen mittleren Durchmesser von 0,2 bis 2,0 mm, bevorzugt von 0,4 bis 0,7 mm, wodurch in Abstimmung mit der Eindringtiefe von 0,3 bis 0,5 mm (vgl. Fig. 2) ein optimales Anhaften bzw. Halten der Teil- chen 9 in der Schlichteschicht 4 erreicht werden kann. Die Schlichteschicht 4 weist beispielsweise Sand, Binder, Seife und Wasser auf und ist dadurch wasserlöslich, wodurch eventuell verbleibende Schlichtereste durch einfache Spülvorgänge entfernt werden können.
Die Kokille 3 wiederum ist vorzugsweise aus einem Eisenwerkstoff, insbesondere aus Stahl, ausgebildet und wird auf ca. 300 °C aufgeheizt, wodurch nicht nur eine schnellere Taktzeit erzielt werden kann, da die Schlichteschicht 4 schneller abtrocknet, sondern auch thermische Spannungen beim Gießen der Zylinderlaufbuchse 2 zumindest minimiert werden können. Die Schlichteschicht 4 selbst besitzt eine Dicke zwischen 0,2 und 2,0 mm, bevorzugt zwischen 0,8 und 1 ,0 mm, und kann, wie dies gemäß den Fig. 1 und 2 darstellt ist, auch aus mehreren Lagen 5, 6 ausgebildet sein, wobei die erste Lage 5 beispielsweise dünner ist und dadurch schneller erstarrt, während die zweite Lage 6 etwas dicker ist und die Einbettung bzw. ein Eindringen der Teilchen 9 des Pulvers 8 bis zur Grenze zur ersten Lage 5 erlaubt.
Das Pulver 8 bzw. deren Teilchen 9 werden üblicherweise aufgespritzt, wobei vorzugsweise die zumindest eine Schlichteschicht 4 bzw. beispielsweise deren erste Lage 5 bereits getrocknet ist, um ein zu tiefes Eindringen bzw. auch ein Versinken der Teilchen 9 in der Schlichteschicht 4 zuverlässig verhindern zu können. Wichtig beim Aufbringen der Teilchen 9 auf die Schlichteschicht 4 ist nämlich, dass diese mit einem vordefinierten Bereich 10 aus der Schlichteschicht 4 herausragen und über diesen Bereich 10 die stoffschlüssige Verbindung durch Aufschmelzen mit dem ersten Gusswerkstoff 1 1 der Zylinderlaufbuchse 2 erreicht werden kann. Betrachtet man nochmals die Fig. 1 , so kann man erkennen, dass ein Abstand zwischen zwei benachbarten Teilchen 9 zwischen 2 und 2,5 mm beträgt, wobei selbstverständlich die genannten Angaben zum Abstand bzw. zum Durchmesser oder Eindringtiefe der Teilchen 9 lediglich rein exemplarisch zu verstehen sind.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lässt sich somit ein Motorblock 1 herstellen, bei welchem die darin eingebauten Zylinderlaufbuchsen 2 stoffschlüssig und formschlüssig an das Material, hier den zweiten Gusswerkstoff 12, des Motorblocks 1 angebunden und dadurch nicht nur optimal darin verankert, sondern auch optimal wärmeübertragend mit diesen verbunden sind.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus auch die für das zuvor beschriebene Verfahren verwendbare Zylinderlaufbuchse 2, an deren äußerer Mantelfläche die zuvor beschriebenen Teilchen 9 aus intermetallischen Phasen stoffschlüssig angebunden sind. Die intermetallischen Phasen der Teilchen 9 weisen dabei vorzugsweise Nio,75Al0,25, Fe0,65Zr0,35, FeCrAI, FeCrAI-Cr3C2, (FeNi)CrAI-Cr3C2 auf. Die Zylin¬ derlaufbuchse 2 ist aus einem ersten Gusswerkstoff 1 1 hergestellt, beispielsweise aus Grauguss. Die Teilchen 9 können einen mittleren Durchmesser von 0,2 bis 2,0 mm, bevorzugt von 0,4 bis 0,7 mm, aufweisen. Die Teilchen 9 können auch als Kügelchen ausgebildet sein und dadurch eine Kugelform aufweisen, wobei auch andere geometrische Formen denkbar sind, wie beispielsweise Würfel. Die Teilchen 9 können auch Bestandteil einer durchgängigen Schicht 9' und/oder durch Flammspritzen aufgebracht sein.
Von besonderem Vorteil bei den erfindungsgemäßen Zylinderlaufbuchsen 2 sind die im Bereich 10 stoffschlüssig fest an die äußere Mantelfläche der Zylinderlaufbuchse 2 angebundenen Teilchen 9, die nach dem Herstellen des Motorblocks 1 zugleich auch eine stoffschlüssige Verbindung mit dem Aluminiumgusswerkstoff des Motorblocks 1 eingehen. Hierdurch kann somit eine indirekte stoffschlüssige Verbindung der Zylinderlaufbuchse 2 über deren Teilchen 9 mit dem zweiten Gusswerkstoff 12 des Motorblocks 1 erreicht werden. Durch eine hinterschnittar- tige Form der stoffschlüssig angebundenen Teilchen 9 kann zudem auch noch eine formschlüssige Verbindung zwischen Zylinderlaufbuchse 2 und Motorblock 1 erreicht werden, wodurch die Verbindung nochmals verbessert wird.

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zur Herstellung eines Motorblocks (1 ) mit zumindest einer eingegossenen Zylinderlaufbuchse (2), bei dem
- eine eine Negativform der Zylinderlaufbuchse (2) abbildende Kokille (3) bereitgestellt, aufgeheizt und in Rotation versetzt wird,
- eine Schlichteschicht (4) auf eine Innenfläche (7) der Kokille (3) aufgebracht wird,
- ein Pulver (8) mit Teilchen (9) aus intermetallischen Phasen derart auf die Schlichteschicht (4) aufgebracht wird, dass die Teilchen (9) teilweise in die Schlichteschicht (4) eindringen und von dieser aufgenommen werden,
- ein erster flüssiger Gusswerkstoff (1 1 ) eingebracht wird, der die Teilchen (9) des Pulvers (8) anschmilzt und stoffschlüssig mit dem ersten Gusswerkstoff (1 1 ) verbindet,
- die gegossene Zylinderlaufbuchse (2) aus der Kokille (3) entnommen und
Schlichtereste entfernt werden,
- die Zylinderlaufbuchse (2) mit einem Aluminium aufweisenden zweiten Guss- werkstoff (12) umgössen und so der Motorblock (1 ) hergestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass Teilchen (9) aus intermetallischen Phasen aus Ni0,75Alo,25, Feo,65Zr0,35, Fe- CrAI, FeCrAI-Cr3C2, (FeNi)CrAI-Cr3C2 verwendet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass Teilchen (9) mit einem mittleren Durchmesser von 0,2 bis 2,0 mm, bevorzugt von 0,4 bis 0,7 mm, verwendet werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass Teilchen (9) mit einer Kugelform verwendet werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Kokille (3) aus einem Eisenwerkstoff (Stahl) verwendet und diese auf etwa 300 °C aufgeheizt wird.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Schlichteschicht (4) mit einer Dicke (d) von 0,2 bis 2,0 mm, vorzugsweise 0,8 bis 1 ,0 mm aufgebracht, insbesondere aufgespritzt, wird.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Pulver (8) aufgespritzt wird.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Pulver (8) erst nach einem zumindest teilweise Erstarren der Schlichteschicht (4) aufgebracht wird.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Schlichteschicht (4) eine erste Lage (5) und eine zweite Lage (6) aufweist.
10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Teilchen (9) durch Flammspritzen in der Art einer durchgängigen Schicht (9') aufgebracht werden.
1 1 . Motorblock (1 ), hergestellt nach dem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
12. Zylinderlaufbuchse (2) für ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, mit an einer äußeren Mantelfläche stoffschlüssig angebundenen Teilchen (9) aus intermetallischen Phasen.
13. Zylinderlaufbuchse nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
- dass die Teilchen (9) intermetallischen Phasen aus Ni0,75Alo,25, Feo,65Zr0,35, FeCrAI, FeCrAI-Cr3C2, (FeNi)CrAI-Cr3C2 aufweisen, und/oder
- dass die Zylinderlaufbuchse (2) aus Grauguss ausgebildet ist.
14. Zylinderlaufbuchse nach Anspruch 12 oder 13,
dadurch gekennzeichnet,
- dass die Teilchen (9) einen mittleren Durchmesser von 0,2 bis 2,0 mm, bevorzugt von 0,4 bis 0,7 mm, aufweisen, und/oder
- dass die Teilchen (9) eine Kugelform aufweisen.
15. Zylinderlaufbuchse nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet,
dass die Teilchen (9) Bestandteil einer durchgängigen Schicht (9') sind, die insbesondere durch Flammspritzen aufgebracht ist.
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