AT519770B1 - bearing cap - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Lagerdeckel (2) und ein zugehöriges Verfahren zur Bildung eines Teils einer Lagergasse (3) mit einem Zylinderblock (1) - insbesondere aus Aluminium - einer Brennkraftmaschine. Der Lagerdeckel (2) ist im Wesentlichen aus einem Grundmaterial (2a) - insbesondere aus Grauguss, Stahlguss oder Sinterstahl - gefertigt, wobei der Lagerdeckel (2) radial innerhalb des Grundmaterials (2a) zur Lagergasse (3) hin eine Lagerschale (7) aufweist. Der Lagerdeckel (2) weist zwischen dem Grundmaterial (2a) und der Lagerschale (7) eine Beschichtung (6) mit Bestandteilen aus einem Material des Zylinderblockes (1) auf. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Lagerdeckel (2) und ein Verfahren anzugeben, mit denen eine Mischbearbeitung bei der Zusammenbaubearbeitung vollständig verhindert werden kann. Erfindungsgemäß wird das dadurch gelöst, dass die Beschichtung (6) vor der weiteren Bearbeitung eine Schichtdicke (d) aufweist, die zwischen 0,3 mm und 1,5 mm liegt, vorzugsweise zwischen 0,3 mm und 1 mm.The invention relates to a bearing cap (2) and an associated method for forming a part of a bearing lane (3) with a cylinder block (1) - in particular of aluminum - an internal combustion engine. The bearing cap (2) is essentially made of a base material (2a) - in particular of gray cast iron, cast steel or sintered steel - the bearing cap (2) has a bearing shell (7) radially inside the base material (2a) towards the bearing channel (3) , The bearing cap (2) has a coating (6) with constituents of a material of the cylinder block (1) between the base material (2a) and the bearing shell (7). The object of the present invention is to provide a bearing cap (2) and a method with which mixed machining during assembly work can be completely prevented. According to the invention this is achieved in that the coating (6) prior to further processing has a layer thickness (d) which is between 0.3 mm and 1.5 mm, preferably between 0.3 mm and 1 mm.
Description
Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft einen Lagerdeckel zur Bildung eines Teils einer Lagergasse mit einem Zylinderblock - insbesondere aus Aluminium - einer Brennkraftmaschine, wobei der Lagerdeckel im Wesentlichen aus einem Grundmaterial - insbesondere aus Grauguss, Stahlguss oder Sinterstahl gefertigt ist, wobei der Lagerdeckel radial innerhalb zur Lagergasse hin eine Lagerschale aufweist. Die Erfindung betrifft außerdem ein dazugehöriges Verfahren, wobei der Lagerdeckel zwischen dem Grundmaterial und der Lagerschale eine Beschichtung mit Bestandteilen aus einem Material des Zylinderblockes aufweist.The invention relates to a bearing cap for forming a part of a storage lane with a cylinder block - in particular aluminum - an internal combustion engine, wherein the bearing cap is essentially made of a base material - in particular gray cast iron, cast steel or sintered steel, wherein the bearing cover radially inside has a bearing shell towards the camp gate. The invention also relates to an associated method, wherein the bearing cap between the base material and the bearing shell has a coating with components of a material of the cylinder block.
[0002] Unter Lagergasse wird hier der durch Zylinderblock und Lagerdeckel begrenzte zylindrische Hohlraum verstanden, der zur Gleitlagerung einer Welle, beispielsweise der Kurbelwelle vorgesehen ist.Under storage lane here is understood by the cylinder block and bearing cap limited cylindrical cavity, which is provided for sliding bearing a shaft, such as the crankshaft.
[0003] Lagerdeckel sind üblicherweise aus Grauguss, Stahlguss oder aus Sinterstahl gefertigt. Der Zylinderblock besteht meist aus Aluminium oder einer Aluminium-Legierung.Bearing caps are usually made of gray cast iron, cast steel or sintered steel. The cylinder block is usually made of aluminum or an aluminum alloy.
[0004] Bei der Fertigung und Montage einer Brennkraftmaschine werden in einem Arbeitsschritt die Lagerdeckel an ein Kurbelgehäuse geschraubt und danach wird die Lagergasse für die Kurbelwelle in einer sogenannten Zusammenbaubearbeitung fertig gespindelt. Wenn der Zylinderblock aus Aluminium besteht, werden zwei unterschiedliche Werkstoffe in einem Bearbeitungsschritt gleichzeitig bearbeitet, nämlich Aluminium zylinderblockseitig und Grauguss, Stahl oder Sinterstahl lagerdeckelseitig. Dieser Bearbeitungsprozess wird "Mischbearbeitung" genannt. Eine Mischbearbeitung ist immer mit großen Nachteilen verbunden. Aufgrund der höheren Wechselbelastung des Werkzeuges kommt es zu einem erhöhten Verschleiß des Werkzeuges. Durch die höhere Belastung sind höhere Taktzeiten notwendig um Versagen und Überhitzen des Werkzeuges zu verhindern. Das Werkzeug das den hohen Anforderungen gerecht wird, ist dementsprechend teurer. Insgesamt sind die Kosten für Mischbearbeitung höher.In the manufacture and assembly of an internal combustion engine, the bearing cap are screwed to a crankcase in one step and then the bearing lane for the crankshaft in a so-called assembly processing finished spindles. If the cylinder block is made of aluminum, two different materials are processed simultaneously in one processing step, namely aluminum cylinder block side and gray cast iron, steel or sintered steel bearing cap side. This machining process is called "mixed machining". Mixed processing always involves major disadvantages. Due to the higher alternating load of the tool, there is an increased wear of the tool. Due to the higher load higher cycle times are necessary to prevent failure and overheating of the tool. The tool that meets the high requirements, is accordingly more expensive. Overall, the cost of mixed processing is higher.
[0005] Die DE 10 2012 204 484 A1 zeigt einen Lagerdeckel mit einer Beschichtung ohne Lagerschale. Die Beschichtung, die zwischen Lagerdeckel und Kurbelwelle angeordnet ist, weist eine Dicke von 0,2 mm bis 15 mm auf. Dies ist unvorteilhaft, da eine Schichtdicke von 0,2 mm schon relativ schwer zu garantieren ist und bei 15 mm wiederum ein hoher nachträglicher Abtrag von Nöten ist. Dies ist aus Sicht der Wirtschaftlichkeit unvorteilhaft. Darüber hinaus kann es bei einer Schichtdicke von etwa 0,2 mm schon zu einer Mischbearbeitung kommen.DE 10 2012 204 484 A1 shows a bearing cap with a coating without bearing shell. The coating, which is arranged between the bearing cap and crankshaft, has a thickness of 0.2 mm to 15 mm. This is unfavorable, since a layer thickness of 0.2 mm is already relatively difficult to guarantee and 15 mm in turn is a high subsequent removal of hardships. This is unfavorable from the economic point of view. In addition, with a layer thickness of about 0.2 mm, mixing can already occur.
[0006] Die US 2,983,554 A offenbart einen Lagerdeckel mit einer Lagerschale, wobei zwischen Lagerdeckel und Lagerschale eine Beschichtung vorgesehen ist. Es ist in ihr offenbart, dass die Beschichtung zwischen dem Grundmaterial und der Lagerschale ein Material aufweist, das einen ähnlichen Temperaturausdehnungskoeffizient wie der Zylinderblock hat. Dabei ist dies bei einer ausreichend dünnen Schicht wenig relevant, da sich die Schicht wie das Grundmaterial verhält und mit diesem gemeinsam ausdehnt. Leider ist auch mit dieser Schrift keine Anleitung für das Vermeiden der Mischbearbeitung gegeben.The US 2,983,554 A discloses a bearing cap with a bearing shell, wherein between the bearing cap and bearing shell a coating is provided. It discloses therein that the coating between the base material and the bearing shell comprises a material having a similar coefficient of thermal expansion as the cylinder block. In the case of a sufficiently thin layer, this is of little relevance since the layer behaves like the base material and expands together with it. Unfortunately, there is no guidance for avoiding mixed editing even with this font.
[0007] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es diese Nachteile zu verhindern und einen Lagerdeckel und ein zugehöriges Verfahren anzugeben, die keine Mischbearbeitung erfordern.Object of the present invention is to prevent these disadvantages and to provide a bearing cap and an associated method that do not require mixed processing.
[0008] Diese Aufgabe wird durch einen eingangs erwähnten Lagerdeckel und ein Verfahren dadurch gelöst, dass die Beschichtung eine Schichtdicke aufweist die zwischen 0,3 mm und 1,5 mm - vorzugsweise zwischen 0,3 mm und 1 mm - liegt, und dass beim zugehörigen Verfahren die Beschichtung mit einer Schichtdicke von 0,3 mm bis 1,5 mm - vorzugsweise von 0,3 mm bis 1 mm - aufgetragen wird. Dies verhindert durchgehend die Mischbearbeitung bei der Zusammenbaubearbeitung.This object is achieved by a bearing cap and a method mentioned above in that the coating has a layer thickness which is between 0.3 mm and 1.5 mm - preferably between 0.3 mm and 1 mm - and that at associated coating method with a layer thickness of 0.3 mm to 1.5 mm - preferably from 0.3 mm to 1 mm - is applied. This consistently prevents mixing processing during assembly work.
[0009] Durch die Beschichtung werden bei der Zusammenbaubearbeitung nur Werkstoffe mit ähnlichen Eigenschaften bearbeitet. Dadurch ist der Verschleiß des Werkzeuges geringer, die Taktzeiten sind kleiner und die Kosten sind im Vergleich zur Mischbearbeitung reduziert. Die Wechselbelastungen auf das Werkzeug sind geringer.By coating only materials with similar properties are processed during assembly processing. As a result, the wear of the tool is lower, the cycle times are smaller and the costs are reduced compared to mixed machining. The alternating loads on the tool are lower.
[0010] Da der Zylinderblock meistens zumindest zu einem Teil aus Aluminium gefertigt ist, ist es günstig, wenn die Beschichtung eine Aluminium-Legierung ist und vorzugsweise eine Alumi-nium-Silizium-Legierung oder eine Aluminium-Kupfer-Legierung oder eine Aluminium-Magnesi-um-Legierung ist.Since the cylinder block is usually made at least in part of aluminum, it is advantageous if the coating is an aluminum alloy and preferably an aluminum-silicon alloy or an aluminum-copper alloy or an aluminum magnesia -um alloy is.
[0011] Es ist vorteilhaft, wenn der Lagerdeckel zur Aufnahme der Kurbelwelle dient, da der Radius der Kurbelwelle einer der größten im Vergleich mit anderen gleitgelagerten Wellen ist und damit das zu zerspanende Volumen größer ist und die vereinfachte Bearbeitung die größte Zeitersparnis und Kostenersparnis mit sich bringt.It is advantageous if the bearing cap serves to receive the crankshaft, since the radius of the crankshaft is one of the largest in comparison with other sliding shafts and thus the volume to be machined is greater and the simplified processing the greatest time savings and cost savings brings.
[0012] Sehr einfach lässt sich die Beschichtung aufbringen, wenn die Beschichtung eine Sprühschicht ist und die Beschichtung mittels eines Sprühverfahrens aufgetragen wird.Very easily, the coating can be applied if the coating is a spray layer and the coating is applied by means of a spray process.
[0013] Um die nötige Qualität der Sprühschicht hersteilen zu können, ist es vorteilhaft, wenn die Sprühschicht eine thermische Spritzschicht ist und durch ein thermisches Spritzverfahren aufgetragen wird und vorzugsweise durch atmosphärisches Plasmaspritzen (APS), Plasma-Transferred-Wire-Arc (PTWA), Rotating-Single-Wire (RSW) oder Lichtbogen-Draht-Spritzen (LDS) hergestellt wird.In order to produce the necessary quality of the spray layer, it is advantageous if the spray layer is a thermal spray coating and is applied by a thermal spraying process and preferably by atmospheric plasma spraying (APS), Plasma Transfer Red Wire Arc (PTWA) , Rotating single wire (RSW) or arc wire spraying (LDS) is produced.
[0014] Aufgrund der hohen Anforderung an die Lagerung ist es günstig, wenn eine Lagerschale vorgesehen ist, und wenn die Lagerschale direkt an der Beschichtung angeordnet ist.Due to the high requirement for storage, it is advantageous if a bearing shell is provided, and when the bearing shell is arranged directly on the coating.
[0015] Um einen guten Verfahrensablauf zu ermöglichen, ist es günstig, wenn der Lagerdeckel nach der Beschichtung an dem Zylinderblock befestigt wird und die Lagergasse bearbeitet wird.In order to allow a good process flow, it is advantageous if the bearing cap is attached to the coating after the cylinder block and the storage lane is processed.
[0016] Um bei dem gegebenen Verfahren Zeit und Aufwand, sowie Kosten einzusparen, ist es besonders vorteilhaft, wenn zur Beschichtung zwei Lagerdeckel miteinander verbunden werden, sodass eine innere zylindrische Fläche der beiden Lagerdeckel in einem Arbeitsschritt beschichtet wird. Zur weiteren Steigerung der Produktivität ist es möglich, Lagerdeckel zu stapeln und gemeinsam zu beschichten. Bei einem Vierzylindermotor wären das fünf übereinanderliegende Lagerdeckelpaare.In order to save time and effort, and costs in the given process, it is particularly advantageous if two bearing caps are joined together for coating, so that an inner cylindrical surface of the two bearing caps is coated in one step. To further increase productivity, it is possible to stack bearing covers and coat them together. For a four-cylinder engine, that would be five superimposed bearing cap pairs.
[0017] Die Erfindung wird anhand der nicht einschränkenden Figuren näher erläutert. Es zeigen: [0018] Fig. 1 eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine in einem Schnitt entlang der Querebene durch eine Zylinderachse; [0019] Fig. 2 die Brennkraftmaschine in einem zweiten Schnitt entlang der Querebene durch die Zylinderachse; [0020] Fig. 3 eine Detailansicht einer Lagergasse aus Fig. 1; [0021] Fig. 4 einen Schnitt gemäß der Linie IV-IV in Fig. 3 allerdings ohne Lagerschalen; [0022] Fig. 5 einen Lagerdeckel der Brennkraftmaschine in einer Schrägansicht; und [0023] Fig. 6 zwei für die Bearbeitung zusammengebaute Lagerdeckel nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.The invention will be explained in more detail with reference to the non-limiting figures. In the drawings: [0018] FIG. 1 shows an internal combustion engine according to the invention in a section along the transverse plane through a cylinder axis; FIG. 2 shows the internal combustion engine in a second section along the transverse plane through the cylinder axis; FIG. Fig. 3 is a detail view of a storage lane of Fig. 1; FIG. 4 shows a section according to the line IV-IV in FIG. 3, however, without bearing shells; FIG. FIG. 5 a bearing cover of the internal combustion engine in an oblique view; FIG. and [0023] FIG. 6 shows two bearing caps assembled for machining according to the method of the invention.
[0024] In Fig. 1 ist ein Zylinderblock 1 und ein Lagerdeckel 2 einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine gezeigt. Dabei ist der Zylinderblock 1 in einem Ausführungsbeispiel aus Aluminiumguss, beispielsweise aus AISi9Cu3 gefertigt. Der Lagerdeckel 2 ist dabei aus einem Grundmaterial 2a, zum Beispiel aus Grauguss, Stahlguss oder Sinterstahl gefertigt. Der Lagerdeckel 2 und der Zylinderblock 1 weisen gemeinsam eine zylindrische Ausnehmung auf. Diese zylindrische Ausnehmung wird als Lagergasse 3 bezeichnet und dient der Aufnahme einer nicht gezeigten Kurbelwelle. Der Lagerdeckel 2 ist mit Lagerschrauben 4 an dem Zylinderblock 1 befestigt. Um Zylinderblock 1 und Lagerdeckel 2 beim Zusammenbau leichter zueinander positionieren zu können, sind Passhülsen 5 zwischen Lagerdeckel 2 und Zylinderblock 1 und den Lagerschrauben 4 vorgesehen, wie im Schnitt in Fig. 2 gezeigt ist.In Fig. 1, a cylinder block 1 and a bearing cap 2 of an internal combustion engine according to the invention is shown. In this case, the cylinder block 1 is made in one embodiment of cast aluminum, for example AISi9Cu3. The bearing cap 2 is made of a base material 2a, for example, cast iron, cast steel or sintered steel. The bearing cap 2 and the cylinder block 1 together have a cylindrical recess. This cylindrical recess is referred to as Lagergasse 3 and serves to receive a crankshaft, not shown. The bearing cap 2 is fastened with bearing screws 4 on the cylinder block 1. In order to position cylinder block 1 and bearing cap 2 during assembly easier to each other, dowel sleeves 5 between bearing cap 2 and cylinder block 1 and the bearing screws 4 are provided, as shown in section in Fig. 2.
[0025] In Fig. 3 ist die Brennkraftmaschine in der Ansicht aus Fig. 1 im Detail gezeigt. An dem Grundmaterial 2a des Lagerdeckels 2 ist eine Beschichtung 6 mit Bestandteilen aus dem Mate rial oder von Komponenten des Zylinderblockes 1 vorgesehen. Diese Beschichtung 6 ist radial innerhalb zu der Lagergasse 3 angeordnet und weist eine Schichtdicke d von mindestens 0,3 mm bis zu 1,5 mm auf. Diese Schichtdicke d ist die Schichtdicke vor der Zusammenbaubearbeitung. Nach der Zusammenbaubearbeitung reduziert sich die Schichtdicke.In Fig. 3, the internal combustion engine in the view of Fig. 1 is shown in detail. On the base material 2a of the bearing cap 2, a coating 6 with components of the Mate rial or components of the cylinder block 1 is provided. This coating 6 is arranged radially inside the storage lane 3 and has a layer thickness d of at least 0.3 mm up to 1.5 mm. This layer thickness d is the layer thickness before the assembly work. After assembly work, the layer thickness is reduced.
[0026] Die Kurbelwelle wird in zwei halbschalenförmigen Lagerschalen 7 gelagert.The crankshaft is mounted in two half-shell-shaped bearing shells 7.
[0027] Radial innerhalb der Beschichtung 6 weist der Lagerdeckel 2 eine untere Lagerschale 7a in der zylindrischen Ausnehmung auf. Als Pendant zu der unteren Lagerschale 7a ist am Zylinderblock 1 eine obere Lagerschale 7b angeordnet.Radially inside the coating 6, the bearing cap 2 has a lower bearing shell 7a in the cylindrical recess. As a counterpart to the lower bearing shell 7a, an upper bearing shell 7b is arranged on the cylinder block 1.
[0028] Die Beschichtung 6 ist eine Aluminium Sprühschicht, beispielsweise eine thermische Spritzschicht, die durch ein thermisches Spritzverfahren, wie atmosphärisches Plasmaspritzen (APS), Plasma-Transferred-Wire-Arc (PTWA), Rotating-Single-Wire (RSW) oder Lichtbogen-Draht-Spritzen (LDS) aufgebracht wird. Die Sprühschicht kann eine Aluminium-Legierungen sein, beispielsweise eine Aluminium-Silizium-Legierung, eine Aluminium-Kupfer-Legierung oder eine Aluminium-Magnesium-Legierung.The coating 6 is an aluminum spray coating, such as a thermal spray coating, by a thermal spraying process, such as atmospheric plasma spraying (APS), plasma transferred-wire-arc (PTWA), rotating single-wire (RSW) or electric arc Wire spraying (LDS) is applied. The spray layer may be an aluminum alloy, for example an aluminum-silicon alloy, an aluminum-copper alloy or an aluminum-magnesium alloy.
[0029] In Fig. 5 ist der Lagerdeckel 2 ohne untere Lagerschale 7a gezeigt. Eine Fläche A ist mit der Beschichtung 6 versehen. Das Beschichten von Verbindungsflächen B ist nicht beabsichtigt. Daher ist es günstig, wie in Fig. 6 gezeigt ist, zum Beschichten zwei Lagerdeckel 2 miteinander zu verbinden, sodass sie eine gemeinsame innere zylindrische Fläche C aufweisen. Durch diesen Schritt ist es einfach möglich die innere zylindrische Fläche C durch ein thermisches Spritzverfahren mit der Beschichtung 6 zu versehen.In Fig. 5, the bearing cap 2 is shown without lower bearing shell 7a. An area A is provided with the coating 6. The coating of bonding surfaces B is not intended. Therefore, it is favorable, as shown in FIG. 6, to join two bearing caps 2 together for coating so as to have a common inner cylindrical surface C. By this step, it is easily possible to provide the inner cylindrical surface C with the coating 6 by a thermal spraying method.
[0030] Egal ob ein oder zwei Lagerdeckel 2 gleichzeitig beschichtet werden, jeweils danach werden sie einzeln mit dem Zylinderblock 1 mithilfe der Passhülsen 5 und den Lagerschrauben 4 verbunden. Anschließend wird die Lagergasse 3 in der sogenannten Zusammenbaubearbeitung fertig gespindelt. Dabei sind die Materialeigenschaften von Zylinderblock 1 und Lagerdeckel 2 in der abzuhebenden Schicht ähnlicher als bei herkömmlichen Lagerdeckeln. Zur Fertigstellung der Lagergasse 3 werden untere Lagerschale 7a und obere Lagerschale 7b an der Beschichtung 6 angeordnet.Whether one or two bearing caps 2 are coated simultaneously, in each case thereafter, they are individually connected to the cylinder block 1 by means of the dowel sleeves 5 and the bearing screws 4. Subsequently, the storage lane 3 is finished spindled in the so-called assembly processing. The material properties of cylinder block 1 and bearing cap 2 in the layer to be lifted are more similar than in conventional bearing caps. To complete the storage lane 3, lower bearing shell 7a and upper bearing shell 7b are arranged on the coating 6.
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