DE19729017A1 - Zylinderlaufbuchse - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Zylinderlaufbuchse, bestehend aus einem metallischen
Grundkörper, zum Einsatz in die Zylinderbohrung eines Leichtmetallgehäuses,
insbesondere von Brennkraftmaschinen und Hubkolbenkompressoren.
Moderne Gehäuse für Kompressoren oder Verbrennungsmotoren werden zunehmend
aus Leichtmetall gefertigt. Bei Brennkraftmaschinen nimmt der Druck nach
Qualitätsverbesserung und Kraftstoffeinsparung zu. Wege zur Massenverringerung
führen zu Leichtmetallegierungen aus AL-Si mit einem Si-Anteil kleiner 15%. Die
verwendeten Zylinderlaufbuchsen müssen im wesentlichen eine hohe Verschleißfestigkeit
und Beständigkeit gegen Festfressen der Gleitpartner aufweisen. Entsprechend der hohen
Verschleißbelastung werden als Laufbuchsenwerkstoffe verschleißfeste Gußeisen- oder
Stahllegierungen oder auch Sinterwerkstoffe verwendet. Das Eingießen dieser
metallischen Zylinderlaufbuchsen in Leichtmetallgehäuse bereitet eine Mehrzahl von
Problemen. Infolge unterschiedlicher Ausdehnungskoeffizienten und
Temperaturleitfähigkeiten ergeben sich immer wieder Probleme hinsichtlich der
Anbindung zwischen dem erstarrenden Gießmetall und dem Grundkörper. Um die
Verbindung zwischen Leichtmetallgehäuse und Zylinderlaufbuchsen zu verbessern,
wurde bereits gemäß EP 0 363 844 B1 vorgeschlagen, die Zylinderlaufbuchsen durch
Gießen mit einer Schicht, einer Legierung aus der Aluminiumreihe, zu versehen. Auf
diese Weise verschmilzt sich das auf der Mantelfläche aufgegossene Aluminium mit dem
Gehäusematerial während des Eingießens. Hierdurch ist es möglich, eine Vielzahl von
Zylinderlaufbuchsen gleichzeitig in den Metallblock einzusetzen. Die Verbindung
zwischen Zylinderbuchsen-Außenumfangsfläche und Leichtmetallgehäuse wird hierdurch
jedoch nicht verbessert, da es sich lediglich um eine formschlüssige Verbindung handelt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Verbindung zwischen Zylinderbuchsen-
Außenumfangsfläche und Leichtmetallgehäuse zu verbessern, wobei gleichzeitig eine
Massenreduzierung angestrebt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des
Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den
Unteransprüchen dokumentiert. Darüber hinaus ist ein geeignetes Herstellungsverfahren
dargelegt. Die erfindungsgemäße Zylinderlaufbuchse kennzeichnet sich durch eine
besonders intensive Verbindung zwischen der Deckschicht und der Außenumfangsfläche
aus. Beim thermischen Spritzen wird die Deckschicht mit hoher Temperatur und
kinetischer Energie aufgebracht, hierdurch ergibt sich sowohl eine Diffusionsbindung als
auch eine mechanische Verklammerung. Durch das Aufbringen der Leichtmetallegierung
können die Wanddicken der Grundkörper geringer als bei üblichen Grundkörpern
ausgebildet sein, wodurch das Gewicht der Zylinderlaufbuchse verringert wird. Die
Deckschicht ist dem Material des Leichtmetallgehäuses derart angepaßt, daß eine
intermetallische Verbindung erzeugt wird.
Durch Aufspritzen der Aluminiumlegierung ist es darüber hinaus möglich, die Kontur der
Außenumfangsfläche des Grundkörpers beizubehalten, d. h. wenn der Grundkörper als
Gußteil ausgebildet ist, kann die unbearbeitete Mantelfläche bespritzt werden. Bei einer
langwelligen Profilierung der Mantelfläche ist in Axialrichtung darüber hinaus eine
zusätzliche formschlüssige Verbindung geschaffen.
Damit sich nach dem Aufspritzen der Aluminiumiegierung keine Oxid-Schicht auf der
Oberfläche bildet, welche als Isolator beim Eingießen in das Leichtmetallgehäuse
fungiert, wird auf die Oberfläche der Aluminiumlegierung eine Oxidations-Schutzschicht
aus Zink aufgespritzt.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles in der Zeichnung dargestellt und
wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 Teilschnitt einer erfindungsgemäßen Zylinderlaufbuchse in der
Ansicht.
Fig. 2 Herstellverfahren der Zylinderlaufbüchse gem. Fig. 1.
Die in der Fig. 1 dargestellte Zylinderlaufbuchse (1) besteht aus einem Grundkörper (2)
aus Gußeisen. Die Außenumfangsfläche des Grundkörpers kann in axialer Richtung ein
langwelliges Profil (3) aufweisen. Auf dem Grundkörper kann eine Binde-
Zwischenschicht (4) aufgespritzt sein. Auf diese Schicht ist eine Deckschicht (5) aus
einer Aluminiumlegierung aufgespritzt. Abschließend ist noch eine dünne Oxidations-
Schutzschicht (6) vorgesehen.
In der Fig. 2 ist ein Herstellungsverfahren dargestellt. Der Grundkörper (2) wird auf
eine Drehvorrichtung (7) aufgespannt und in Rotation versetzt. Mittels einer in
Axialrichtung verstellbaren Spritzvorrichtung (8) können die für die einzelnen Schichten
(4, 5, 6) notwendigen Materialien aufgespritzt werden. Die Übergänge zwischen den
Schichten (4, 5, 6) können gradiert ausgebildet sein.
Die fertiggestellte Zylinderluftbuchse ist stabil und kann problemlos von der Herstellung
bis zum Einbau in das Leichtmetallgehäuse gelagert und gehandhabt werden. Als
thermisches Spritzverfahren sind alle bekannten Spritzverfahren prinzipiell anwendbar,
bevorzugt wird aber das Flammspritzverfahren oder Lichtbogenspritzverfahren.
Claims (14)
1. Zylinderlaufbuchse bestehend aus einem metallischen Grundkörper zum Einsatz in
die Zylinderbohrung eines Leichtmetallgehäuses, insbesondere von
Brennkraftmaschinen oder Hubkolbenkompressoren, dadurch gekennzeichnet,
daß die Zylinderlaufbuchse (1) auf der Außenumfangsfläche eine Deckschicht (5)
aufweist, die durch thermisches Spritzen erzeugt ist und aus einer Metallegierung
besteht, die der Legierung des Leichtmetallgehäuses derart angepaßt ist, daß eine
intermetallische Bindung zum Leichtmetallgehäuse erzeugbar ist.
2. Zylinderlaufbuchse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Grundkörper (2) aus Grauguß gebildet ist.
3. Zylinderlaufbuchse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Grundkörper (2) aus Stahl- oder Sinterwerkstoffen gebildet ist.
4. Zylinderlaufbuchse nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Außenumfangsfläche des Grundkörpers (2) unbearbeitet ist.
5. Zylinderlaufbuchse nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Außenumfangsfläche des Grundkörpers (2) eine profilierte Kontur aufweist.
6. Zylinderlaufbuchse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontur in
Axialrichtung als langwelliges Profil (3) ausgebildet ist.
7. Zylinderlaufbuchse nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die
Wanddicke des Grundkörpers (2) zwischen 1,2 mm bis 8,0 mm liegt.
8. Zylinderlaufbuchse nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die
Deckschicht (5) eine Schichtdicke von 0,25 mm bis 2,5 mm aufweist.
9. Zylinderlaufbuchse nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die
Deckschicht (5) eine Al-Si-Legierung ist, deren Si-Gehalt kleiner 15% ist.
10. Zylinderlaufbuchse nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß
zwischen dem Grundkörper (2) und der Deckschicht (5) eine Binde-
Zwischenschicht (4) aufgespritzt ist.
11. Zylinderlaufbuchse nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß
auf die Deckschicht (5) eine Oxidations-Schutzschicht (6) aufgespritzt ist.
12. Zylinderlaufbuches nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß
die Oxidations-Schutzschicht (6) eine Schichtdicke von 0,01 mm bis 0,25 mm
aufweist.
13. Zylinderlaufbuchse nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß
die Oxidations-Schutzschicht (6) aus Zink oder einer Zinklegierung besteht.
14. Verfahren zur Herstellung einer Zylinderlaufbuchse zum Einsatz in ein
Leichtmetallgehäuse von Brennkraftmaschinen nach mindestens einem der
Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein vorgefertigter metallischer
Grundkörper (2) auf eine Drehvorrichtung (7) aufgespannt wird, daß auf den sich
drehenden Grundkörper (2) über den gesamten Umfangswinkelbereich von 360°
umlaufend eine Aluminiumlegierung in einer Dicke von 0,25 mm bis 2,5 mm
gleichmäßig aufgespritzt und anschließend eine aus Zink bestehende Oxidations-
Schutzschicht (6) aufgespritzt wird.
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