Die Erfindung betrifft eine nasse Zylinderlaufbuchse für eine Hubkolbenmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.The invention relates to a wet cylinder liner for a reciprocating engine, in particular a motor vehicle, according to the preamble of claim 1.
Eine solche nasse Zylinderlaufbuchse für eine Hubkolbenmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, ist beispielsweise bereits der DE 43 17 836 C1 als bekannt zu entnehmen. Die Zylinderlaufbuchse weist dabei eine einen Zylinder für einen Kolben der Hubkolbenmaschine bildende Innenwand auf. Ferner weist die Zylinderlaufbuchse eine zumindest einen Längenbereich der Innenwand umgebende Außenwand auf, welche die Innenwand zumindest außenseitig zumindest überwiegend umgibt. Die Zylinderlaufbuchse ist dabei als nasse Zylinderlaufbuchse ausgebildet, da die Außenwand auf einer der Innenwand abgewandten Außenseite direkt von einem Kühlmedium, insbesondere einer Kühlflüssigkeit, zum Kühlen der Zylinderlaufbuchse umströmbar ist.Such a wet cylinder liner for a reciprocating engine, in particular a motor vehicle, for example, is already the DE 43 17 836 C1 to be known as known. The cylinder liner has a cylinder for a piston of the reciprocating engine forming inner wall. Furthermore, the cylinder liner has an outer wall surrounding at least one longitudinal region of the inner wall, which at least predominantly surrounds the inner wall at least on the outside. The cylinder liner is designed as a wet cylinder liner, since the outer wall on a side remote from the inner wall outside of a cooling medium, in particular a cooling liquid for cooling the cylinder liner is flowed around.
Außerdem offenbart die DE 198 18 589 A1 eine Brennkraftmaschine mit einem Kurbelgehäuse, einem mit diesem durch Zylinderkopfschrauben verbundenen Zylinderkopf und mit mindestens einem flüssigkeitsgekühlten Zylinder, der eine bis zum Zylinderkopf reichende Laufbüchse und einen die Laufbüchse umgebenden Kühlmantel aufweist, der mit der Laufbüchse mindestens einen von einer Kühlflüssigkeit durchströmten Raum begrenzt.In addition, the disclosed DE 198 18 589 A1 an internal combustion engine having a crankcase, a cylinder head connected thereto by cylinder head bolts, and having at least one liquid-cooled cylinder having a bushing extending to the cylinder head and a cooling jacket surrounding the bushing defining with the bushing at least one space traversed by a cooling fluid.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Zylinderlaufbuchse der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass das Gewicht der Zylinderlaufbuchse besonders gering gehalten werden kann.Object of the present invention is to develop a cylinder liner of the type mentioned in such a way that the weight of the cylinder liner can be kept very low.
Diese Aufgabe wird durch eine Zylinderlaufbuchse mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a cylinder liner with the features of claim 1. Advantageous embodiments with expedient developments of the invention are specified in the remaining claims.
Um eine Zylinderlaufbuchse der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass das Gewicht der Zylinderlaufbuchse besonders gering gehalten werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Innenwand und die Außenwand durch jeweilige, voneinander separat ausgebildete und miteinander verbundene Einzelbauteile gebildet sind. Mit anderen Worten ist die Innenwand durch ein erstes Einzelbauteil, insbesondere durch einen ersten Zylinder, gebildet, wobei die Außenwand beispielsweise durch ein zweites Einzelbauteil, insbesondere durch einen zweiten Zylinder, gebildet ist. Dabei sind die Einzelbauteile separat voneinander ausgebildet und miteinander verbunden. Hierdurch kann sich im Vergleich zu herkömmlichen Zylinderlaufbuchsen, welche auch als Zylinderbuchsen, Laufbuchsen, Liner oder Zylinderliner bezeichnet werden, eine Reduzierung des Bauteilgewichts realisiert werden. Ferner kann eine besonders vorteilhafte Abfuhr von Wärme, insbesondere von motorischer Verbrennungswärme, realisiert werden, da beispielsweise besonders geringe Wanddicken der Zylinderlaufbuchse, insbesondere der Außenwand, realisiert werden können. Außerdem können beispielsweise verbesserte Wärmeübergangsverhältnisse dargestellt werden.To further develop a cylinder liner specified in the preamble of claim 1 type such that the weight of the cylinder liner can be kept particularly low, it is inventively provided that the inner wall and the outer wall are formed by respective separately formed and interconnected individual components. In other words, the inner wall is formed by a first individual component, in particular by a first cylinder, wherein the outer wall is formed, for example, by a second individual component, in particular by a second cylinder. The individual components are formed separately from each other and connected to each other. As a result, in comparison with conventional cylinder liners, which are also referred to as cylinder liners, liners, liners or cylinder liners, a reduction in the weight of the component can be realized. Furthermore, a particularly advantageous dissipation of heat, in particular of engine combustion heat, can be realized, since, for example, particularly small wall thicknesses of the cylinder liner, in particular the outer wall, can be realized. In addition, for example, improved heat transfer ratios can be displayed.
Insbesondere im Falle eines erforderlichen Korrosionsschutzes stellt die erfindungsgemäße Zylinderlaufbuchse, insbesondere als Zylinderlaufbuchse für Lastkraftwagen, eine Alternative zum thermischen Beschichten mittels Lichtbogendrahtspritzen (LDS) dar, wobei die erfindungsgemäße Zylinderlaufbuchse besonders kostengünstig gefertigt werden kann. Insbesondere kann im Rahmen der Herstellung der erfindungsgemäßen Zylinderlaufbuchse auf die Herstellung einer thermischen Spritzschicht inklusive eines Aufrauens einer solchen thermischen Spritzschicht verzichtet werden, sodass eine besonders kostengünstige Fertigungskette zum Herstellen der Zylinderlaufbuchse dargestellt werden kann.In particular, in the case of a required corrosion protection, the cylinder liner according to the invention, in particular as a cylinder liner for trucks, an alternative to thermal coating by means of arc wire spraying (LDS), wherein the cylinder liner according to the invention can be made particularly inexpensive. In particular, can be dispensed with in the production of the cylinder liner according to the invention on the production of a thermal spray coating including a roughening of such a thermal spray layer, so that a particularly cost-effective manufacturing chain for producing the cylinder liner can be represented.
Der Erfindung liegt dabei insbesondere die Erkenntnis zugrunde, dass herkömmlicherweise verwendete Zylinderlaufbuchsen (ZLB) einstückig ausgebildet und dabei beispielsweise als einteilige Drehteile ausgebildet sind. Dabei weisen herkömmliche Zylinderlaufbuchsen ein hohes Bauteilgewicht auf. Zudem ist eine Kühlleistung eines Kühlkreislaufes der beispielsweise als Lastkraftwagen-Brennkraftmaschine ausgebildeten Hubkolbenmaschine auch durch die Wärmeleitung durch die Zylinderwandung hindurch bestimmt. Eine verbesserte Wärmeleitung erfordert unter Umständen eine geringere Wassermenge im Kühlkreislauf, wodurch gegebenenfalls die Masse des gesamten Motors weiter reduziert werden kann. Bei Verwendung von schwefelhaltigen Dieselkraftstoffen, insbesondere in Euro-6-Motoren mit gekühlter Abgasrückführung (AGR), kann es zu Kondensatbildung und in weiterer Folge zum Korrosionsangriff an der Zylinder-/Kolbenlauffläche kommen. Hier ist die bekannte bauteilseitige Abhilfe das Aufbringen einer metallischen, korrosionsbeständigen LDS-Schutzschicht, was jedoch zu erhöhten Kosten führt.The invention is based in particular on the knowledge that conventionally used cylinder liners (ZLB) are integrally formed and are designed, for example, as one-piece rotary parts. In this case, conventional cylinder liners on a high component weight. In addition, a cooling capacity of a cooling circuit of the example designed as a truck engine reciprocating engine is determined by the heat conduction through the cylinder wall. An improved heat conduction may require a smaller amount of water in the cooling circuit, which may optionally further reduce the mass of the entire engine. The use of sulfur-containing diesel fuels, especially in Euro 6 engines with cooled exhaust gas recirculation (EGR), can lead to condensation and, subsequently, to corrosion attack on the cylinder / piston running surface. Here, the known component-side remedy is the application of a metallic, corrosion-resistant LDS protective layer, which, however, leads to increased costs.
Die zuvor genannten Probleme und Nachteile können mittels der erfindungsgemäßen Zylinderlaufbuchse vermieden werden, wobei diese die Realisierung eines vorteilhaften Wärmeabtransports und eines hinreichenden Korrosionsschutzes ermöglicht, wobei gleichzeitig die Kosten der Zylinderlaufbuchse besonders gering gehalten werden können.The aforementioned problems and disadvantages can be avoided by means of the cylinder liner according to the invention, this allows the realization of an advantageous heat dissipation and a sufficient corrosion protection, while the cost of the cylinder liner can be kept very low.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments and from the drawing. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or shown alone in the figures can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or in isolation, without the scope of To leave invention.
Die Zeichnung zeigt in:
- 1 eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Zylinderlaufbuchse gemäß einer ersten Ausführungsform;
- 2 eine schematische Perspektivansicht eines eine Innenwand der Zylinderlaufbuchse bildenden ersten Einzelbauteils;
- 3 eine schematische Perspektivansicht des ersten Einzelbauteils, welche zumindest in einem Längenbereich mit einem als Stabelement, insbesondere als Draht, ausgebildeten Abstandshalteelement umwickelt ist; und
- 4 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht der Zylinderlaufbuchse gemäß einer zweiten Ausführungsform.
The drawing shows in: - 1 a schematic sectional view of a cylinder liner according to the invention according to a first embodiment;
- 2 a schematic perspective view of an inner wall of the cylinder liner forming the first single component;
- 3 a schematic perspective view of the first single component, which is wrapped at least in a length range with a designed as a rod element, in particular as a wire, spacer element; and
- 4 1, a schematic longitudinal sectional view of the cylinder liner according to a second embodiment.
In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, the same or functionally identical elements are provided with the same reference numerals.
1 zeigt in einer schematischen Schnittansicht eine im Ganzen mit 10 bezeichnete Zylinderlaufbuchse (ZLB) für eine Hubkolbenmaschine, wobei die Zylinderlaufbuchse 10 auch als Laufbuchse, Zylinderbuchse, Liner oder Zylinderliner bezeichnet wird und - wie im Folgenden noch genauer erläutert wird - als nasse Zylinderlaufbuchse ausgebildet ist. Die Zylinderlaufbuchse 10 wird dabei für eine beziehungsweise in einer Hubkolbenmaschine verwendet, welche vorzugsweise als Verbrennungskraftmaschine und somit als Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ausgebildet ist. Die Verbrennungskraftmaschine ist beispielsweise Bestandteil eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, welches mittels des Antriebsstrangs, insbesondere mittels der Hubkolbenmaschine, antreibbar ist. Dabei ist das Kraftfahrzeug beispielsweise als Nutzfahrzeug beziehungsweise als Lastkraftwagen (LKW) ausgebildet. 1 shows in a schematic sectional view of a generally designated 10 cylinder liner (ZLB) for a reciprocating engine, wherein the cylinder liner 10 Also referred to as a liner, cylinder liner, liner or cylinder liner and - as will be explained in more detail below - is designed as a wet cylinder liner. The cylinder liner 10 is used for or in a reciprocating engine, which is preferably designed as an internal combustion engine and thus as a reciprocating internal combustion engine. The internal combustion engine is for example part of a drive train of a motor vehicle, which is drivable by means of the drive train, in particular by means of the reciprocating piston engine. The motor vehicle is designed, for example, as a commercial vehicle or as a truck (truck).
Die Hubkolbenmaschine weist ein beispielsweise als Zylinderkurbelgehäuse ausgebildetes und auch als Motorblock bezeichnetes Zylindergehäuse auf, in dessen Inneren beispielsweise die Zylinderlaufbuchse 10 angeordnet ist. Die Zylinderlaufbuchse 10 ist als nasse Zylinderlaufbuchse ausgebildet, da sie in eingebautem Zustand, das heißt im vollständig hergestellten Zustand der Hubkolbenmaschine konstruktionsbedingt zumindest partiell von einem Kühlmittel direkt umströmt beziehungsweise umspült wird. Das Kühlmittel wird auch als Motorkühlmittel bezeichnet und ist beispielsweise eine Kühlflüssigkeit, welche auch als Wasser beziehungsweise Kühlwasser bezeichnet wird und einen auch als Wasserkreislauf bezeichneten Kühlkreislauf durchströmt. Die Bauform der nassen Zylinderlaufbuchse wird üblicherweise unter anderem aus Gründen der einfachen Montierbarkeit beziehungsweise der Montagemöglichkeit in auch als Brennkraftmaschine bezeichneten Verbrennungskraftmaschinen für schwere Lastkraftwagen verwendet.The reciprocating engine has an example designed as a cylinder crankcase and also referred to as an engine block cylinder housing, in the interior, for example, the cylinder liner 10 is arranged. The cylinder liner 10 is designed as a wet cylinder liner, as it flows in the installed state, that is, in the fully established state of the reciprocating engine design, at least partially by a coolant directly flows around or is washed. The coolant is also referred to as engine coolant and is, for example, a cooling liquid, which is also referred to as water or cooling water and flows through a cooling circuit, also referred to as a water cycle. The design of the wet cylinder liner is usually used, inter alia, for reasons of ease of assembly or mounting option in also referred to as internal combustion engines internal combustion engines for heavy trucks.
Der Zylinderlaufbuchse 10 kommt insbesondere die Aufgabe zu, in ihrem Inneren einen in den Fig. nicht dargestellten oszillierenden Kolben der Hubkolbenmaschine zu führen. In einem Endbereich 12 der Zylinderlaufbuchse 10 bildet diese zusammen mit einem beispielsweise mit dem Motorblock verbundenen Zylinderkopf der Hubkolbenmaschine und dem Kolben einen Brennraum, welcher auch als Verbrennungsraum bezeichnet wird. An einem dem Endbereich 12 gegenüberliegenden Ende 14 der Zylinderlaufbuchse 10 befindet sich im vollständig hergestellten Zustand der Hubkolbenmaschine, insbesondere bezogen auf eine Betriebslage der Zylinderlaufbuchse 10, ein Kurbelraum der Hubkolbenmaschine, wobei der Kurbelraum auch als Ölraum bezeichnet wird. In dem Kurbelraum ist beispielsweise eine als Kurbelwelle ausgebildete Abtriebswelle der Hubkolbenmaschine aufgenommen, wobei die Kurbelwelle über ein Pleuel gelenkig mit dem Kolben gekoppelt ist. Im vollständig hergestellten Zustand der Hubkolbenmaschine ist der Kolben translatorisch bewegbar in der Zylinderlaufbuchse 10 aufgenommen. Infolge der gelenkigen Kopplung des Kolbens über das Pleuel mit der Kurbelwelle kann die translatorische Bewegung des Kolbens in eine rotatorische Bewegung der Kurbelwelle relativ zu dem Motorblock umgewandelt werden.The cylinder liner 10 In particular, the task is to perform in their interior a not shown in the figures, oscillating piston of the reciprocating engine. In one end area 12 the cylinder liner 10 this forms together with an example connected to the engine block cylinder head of the reciprocating engine and the piston a combustion chamber, which is also referred to as a combustion chamber. At one end area 12 opposite end 14 the cylinder liner 10 is in the fully manufactured state of the reciprocating engine, in particular based on an operating position of the cylinder liner 10 , A crank chamber of the reciprocating engine, wherein the crank chamber is also referred to as oil chamber. In the crankcase, for example, a crankshaft designed as output shaft of the reciprocating engine is added, wherein the crankshaft is coupled via a connecting rod articulated to the piston. In the fully manufactured state of the reciprocating engine, the piston is translationally movable in the cylinder liner 10 added. Due to the articulated coupling of the piston via the connecting rod with the crankshaft, the translational movement of the piston can be converted into a rotational movement of the crankshaft relative to the engine block.
Üblicherweise werden jeweilige Rohteile für die nasse Zylinderlaufbuchse 10 zunächst als dickwandige Rohre beziehungsweise Rohrabschnitte im Schleudergießverfahren hergestellt, bevor sie durch eine konventionelle Drehbearbeitung ihre geforderte Geometrie erhalten. Im letzten Bearbeitungsschritt wird die Zylinderlaufbuchse innen gehont, um definierte tribologischen Verhältnisse im Zusammenwirken mit den in ihrem Inneren bewegten Motorkomponenten (Kolbenring und Kolben) herbeizuführen. Üblicherweise ist eine ZLB einstückig beziehungsweise einteilig aus einem homogenen Werkstoff wie beispielsweise Eisenguss beziehungsweise Grauguss mit Lamellengraphit gefertigt.Usually, respective raw parts for the wet cylinder liner 10 initially manufactured as a thick-walled tubes or pipe sections by centrifugal casting before they get their required geometry by a conventional turning. In the last processing step, the cylinder liner is honed on the inside, in order to bring about defined tribological conditions in interaction with the engine components (piston ring and piston) moving in their interior. Usually, a ZLB is made in one piece or in one piece from a homogeneous material such as cast iron or gray cast iron with lamellar graphite.
Die Zylinderlaufbuchse 10 weist eine Innenwand 16 auf, durch welche ein Zylinder 18 für den genannten Kolben gebildet ist. Insbesondere bildet die Innenwand 16 eine Zylinderwand 20, welche auch als Zylinderlaufbahn, Lauffläche, Zylinderlauffläche oder Kolbenlauffläche bezeichnet wird und den Zylinder 18 begrenzt. Dabei ist der in dem Zylinder 18 translatorisch bewegbar aufnehmbare beziehungsweise aufgenommene Kolben in seiner radialen Richtung an der Lauffläche abstützbar und wird mittels der Lauffläche und somit mittels der Innenwand 16 geführt, insbesondere wenn sich der Kolben zwischen seinem oberen Totpunkt und seinem unteren Totpunkt translatorisch hin- und herbewegt.The cylinder liner 10 has an inner wall 16 on, through which a cylinder 18 for the said piston is formed. In particular, the inner wall forms 16 a cylinder wall 20 , which is also referred to as cylinder bore, tread, cylinder surface or piston tread and the cylinder 18 limited. It is in the cylinder 18 translationally movable received or received piston in its radial direction on the tread and can be supported by means of the tread and thus by means of the inner wall 16 guided, in particular when the piston between its top dead center and its bottom dead center translationally reciprocated.
Außerdem weist die Zylinderlaufbuchse 10 eine die Innenwand 16 zumindest in einem Längenbereich, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, umgebende Außenwand 22 auf, wobei die Lauffläche (Zylinderwand 20) der Außenwand 22 abgewandt ist. Die Außenwand 22 ist auf einer der Innenwand 16 abgewandten Außenseite 24 direkt von dem zuvor genannten und auch als Kühlmedium bezeichneten Kühlmittel zum Kühlen der Zylinderlaufbuchse 10 umströmbar, sodass das Kühlmedium die Außenseite 24 zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend, direkt an- und umströmen und in der Folge umspülen kann, sodass ein effektiver und effizienter Wärmeabtransport von der Zylinderlaufbuchse 10 darstellbar ist.In addition, the cylinder liner 10 one the inner wall 16 at least in a longitudinal region, in particular at least predominantly or completely, surrounding outer wall 22 on, with the running surface (cylinder wall 20 ) of the outer wall 22 turned away. The outer wall 22 is on one of the inner wall 16 opposite outside 24 directly from the aforementioned and also referred to as cooling medium coolant for cooling the cylinder liner 10 flow around, so that the cooling medium the outside 24 at least partially, in particular at least predominantly, directly on and flow around and can flow around in the sequence, so that an effective and efficient heat removal from the cylinder liner 10 is representable.
In dem Bestreben, das Gewicht der Zylinderlaufbuchse 10 und somit der Hubkolbenmaschine insgesamt besonders gering halten zu können, wird folgende neuartige Bauweise für die Zylinderlaufbuchse 10 vorgeschlagen. Dabei ist die Zylinderlaufbuchse 10 nicht etwa einstückig beziehungsweise einteilig ausgebildet, sondern die Zylinderlaufbuchse 10 ist durch mehrere Einzelteile gebildet. Dabei sind die Innenwand 16 und die Außenwand 22 durch jeweilige, voneinander separat ausgebildete und miteinander verbundene Einzelbauteile 26 und 28 gebildet. Dabei ist die Innenwand 16 durch das erste Einzelbauteil 26 gebildet, wobei die Außenwand 22 durch das zweite Einzelbauteil 28 gebildet ist. Die Einzelbauteile 26 und 28 sind dabei separat voneinander ausgebildet und miteinander verbunden. Das Einzelbauteil 26 wird auch als innerer dünnwandiger Zylinder bezeichnet, wobei das Einzelbauteil 28 auch als dünnwandiger äußerer Zylinder bezeichnet wird. Dabei wird der innere dünnwandige Zylinder von dem im mittleren Durchmesser größeren äußeren dünnwandigen Zylinder umgeben, insbesondere unter Ausbildung eines in radialer Richtung der Zylinderlaufbuchse 10 zwischen den Einzelbauteilen 26 und 28 angeordneten Ringspalts 30. In dem Ringspalt 30 zwischen den Zylindern (Einzelbauteile 26 und 28) ist wenigstens ein Abstandshalteelement 32 angeordnet, welches auch als Abstandshalter bezeichnet wird. Das Abstandshalteelement 32 fungiert in der jeweils gewählten Ausprägung als Regelgröße für die geometrischen beziehungsweise mechanischen Eigenschaften, insbesondere der Steifigkeit, sowie das thermische Verhalten, insbesondere Wärmeleitung, der Zylinderlaufbuchse 10.In an effort to reduce the weight of the cylinder liner 10 and thus to keep the reciprocating engine as a whole particularly low, the following novel design for the cylinder liner 10 proposed. Here is the cylinder liner 10 not designed in one piece or one piece, but the cylinder liner 10 is formed by several items. Here are the inner wall 16 and the outer wall 22 by respective, separately formed and interconnected individual components 26 and 28 educated. Here is the inner wall 16 through the first single component 26 formed, with the outer wall 22 through the second single component 28 is formed. The individual components 26 and 28 are formed separately from each other and connected to each other. The single component 26 is also referred to as an inner thin-walled cylinder, wherein the single component 28 Also referred to as a thin-walled outer cylinder. In this case, the inner thin-walled cylinder is surrounded by the larger diameter in the middle outer thin-walled cylinder, in particular to form a radial direction of the cylinder liner 10 between the individual components 26 and 28 arranged annular gaps 30 , In the annular gap 30 between the cylinders (individual components 26 and 28 ) is at least one spacer element 32 arranged, which is also referred to as a spacer. The spacer element 32 functions in the respectively selected expression as a controlled variable for the geometric or mechanical properties, in particular the rigidity, as well as the thermal behavior, in particular heat conduction, of the cylinder liner 10 ,
In letzter Konsequenz ist auch ein Verzicht des Ringspalts 30 möglich, sodass in einer in den Fig. nicht dargestellten Ausführungsform der auch als Innenzylinder bezeichnete innere Zylinder und auch als Außenzylinder bezeichnete äußere Zylinder unmittelbar ineinander montiert sind und sich somit direkt gegenseitig kontaktieren. Vorzugsweise bestehen die beiden Zylinder aus einem Stahlblech, wobei sich der Werkstoff für den Innenzylinder von dem Werkstoff des umgebenden Außenzylinders durchaus unterscheiden kann. Beispielsweise ist aus Gründen der Temperaturbeständigkeit und der Reibungsverhältnisse der Innenzylinder aus einem Stahlwerkstoff gefertigt. Aus Korrosionsschutzgründen, insbesondere bei der Verwendung schwefelhaltiger Kraftstoffe beim Betreiben der Brennkraftmaschine, kann der Innenzylinder vorteilhaft aus einem bekannten chromlegierten Edelstahl wie beispielsweise X20Cr13 gefertigt sein. Dagegen können für den Außenzylinder beziehungsweise für den Abstandshalter für thermisch hochbeanspruchte Motoren besonders gut wärmeleitende, aluminium- oder kupferbasierende Werkstoffe in Frage kommen.In the last consequence is also a waiver of the annular gap 30 possible, so that in an embodiment, not shown in the figures, the inner cylinder referred to as inner cylinder and also referred to as outer cylinder outer cylinder are mounted directly inside each other and thus contact each other directly. Preferably, the two cylinders are made of a steel sheet, wherein the material for the inner cylinder may well differ from the material of the surrounding outer cylinder. For example, for reasons of temperature resistance and friction conditions, the inner cylinder is made of a steel material. For reasons of corrosion protection, in particular when sulfur-containing fuels are used in the operation of the internal combustion engine, the inner cylinder may advantageously be made of a known chromium-alloyed stainless steel such as X20Cr13. By contrast, particularly good heat-conducting, aluminum or copper-based materials can be considered for the outer cylinder or for the spacer for thermally highly stressed engines.
Die beiden Zylinder weisen jeweils an einem Ende 34 eine scheibenförmige durchmesservergrößernde Abstellung in Form eines jeweiligen Kragens 36 beziehungsweise 38 zur späteren Bildung eines Anlagebundes 40 der Zylinderlaufbuchse 10 auf. Vorzugsweise werden die beiden Zylinder als Einzelteile besonders kostengünstig ausgehend von Blechronden durch Tiefziehen gefertigt. Falls die konstruktive Auslegung der Innen- beziehungsweise Außenzylinder beim Tiefziehen den jeweils werkstoffspezifischen maximal möglichen Umformgrad überschreitet, kann eine jeweils zweiteilige Ausführung gewählt sein. Dies ist in 2 am Beispiel des Innenzylinders (Einzelbauteil 26) dargestellt. Das Einzelbauteil 26 weist dabei wenigstens zwei Einzelteile 42 und 44 auf, welche als separat voneinander ausgebildete und miteinander verbundene Bauelemente ausgebildet sind. Das Einzelteil 42 bildet einen oberen Abschnitt des Einzelbauteils 26, wobei das Einzelteil 44 einen unteren Abschnitt des Einzelbauteils 26 bildet. Der obere Abschnitt beziehungsweise das Einzelteil 42 zur Ausbildung des späteren Anlagebunds 40 ist beispielsweise durch bekanntes Tiefziehen gefertigt, während der untere Abschnitt beziehungsweise das Einzelteil 44 ein bekannter, längsgeschweißter Rohrabschnitt ist. Beide Abschnitte, die zusammen den Innenzylinder bilden, sind beispielsweise durch eine umlaufende Stumpfschweißnaht 45 stoffschlüssig miteinander geführt. Hier kann es unter anderem aus Kostengründen sinnvoll sein, für den oberen Abschnitt im Lauf- beziehungsweise Bewegungsbereich der Kolbenringe einen höher legierten und für den unteren Abschnitt einen unlegierten Stahl als Werkstoff zu wählen, vergleichbar mit einer Tailored Tube. Eine andere Fertigungsmöglichkeit für den inneren beziehungsweise äußeren Zylinder besteht beispielsweise darin, den jeweiligen, eine zumindest im Wesentlichen rechtwinklige Abstellung bildenden Kragen 36 beziehungsweise 38 zur späteren Ausbildung des Anlagebundes 40 in bekannter Weise durch Fließpressen oder Anstauchen eines ursprünglich als Rohrabschnitt gefertigten Rohteils herzustellen. Dünnwandige Rohre werden in bekannter Weise kostengünstig durch umgeformte oder beispielsweise eingerollte oder gewickelte Blechstreifen hergestellt, die nach der Umformung am Stoß gasdicht verschweißt sind. Der Außenzylinder kann in vergleichbarer Weise aus mehreren Einzelteilen und/oder unterschiedlichen Werkstoffen gefertigt sein.The two cylinders each have one end 34 a disk-shaped diameter enlarging Abstellung in the form of a respective collar 36 respectively 38 for the later formation of an investment association 40 the cylinder liner 10 on. Preferably, the two cylinders are manufactured particularly cost-effectively starting from sheet blanks by deep drawing as individual parts. If the structural design of the inner or outer cylinder during deep drawing exceeds the respective material-specific maximum possible degree of deformation, a respective two-part design can be selected. This is in 2 the example of the inner cylinder (single component 26 ). The single component 26 has at least two items 42 and 44 on, which are formed as separately formed and interconnected components. The item 42 forms an upper portion of the single component 26 , where the item 44 a lower portion of the single component 26 forms. The upper section or the item 42 for the formation of the later investment alliance 40 is for example made by known thermoforming, while the lower portion or the item 44 is a known, longitudinally welded pipe section. Both sections, which together form the inner cylinder are, for example, by a circumferential butt weld 45 cohesively guided together. Here it may be useful, inter alia, for cost reasons, for the upper section in the running or movement range of the piston rings a higher alloyed and for the lower section to choose a carbon steel as a material, comparable to a Tailored Tube. Another manufacturing possibility for the inner or outer cylinder is, for example, the respective collar forming an at least substantially rectangular offset 36 respectively 38 for the later training of the investment association 40 to produce in a known manner by extrusion or upsetting a raw part originally manufactured as a pipe section. Thin-walled tubes are produced inexpensively in a known manner by deformed or, for example, rolled-up or wound metal strips, which are welded gas-tight after forming at the joint. The outer cylinder can be made in a comparable manner from several individual parts and / or different materials.
Das in dem Ringspalt 30 angeordnete Abstandshalteelement 30 ist beispielsweise als Draht beziehungsweise Drahtabschnitt ausgebildet. Insbesondere ist der Draht beziehungsweise Drahtabschnitt als schraubenförmig gewickelter Draht beziehungsweise Drahtabschnitt ausgebildet, sodass das als Stabelement ausgebildete Abstandshalteelement 32 zumindest im Wesentlichen schraubenförmig um das Einzelbauteil 26, insbesondere um eine außenumfangsseitige Mantelfläche 46 des Einzelbauteils 26, gewickelt ist. Der Abstandshalter kann aus einem vollen, drahtähnlichen Stabmaterial oder aus einem Hohlkörper beziehungsweise Formrohr gefertigt sein. Der Querschnitt des Abstandshalters kann in Abhängigkeit von dem gewählten Fügeverfahren eine dafür besonders geeignete Geometrie aufweisen. Beispielsweise kann er für einen Lötprozess kreisförmig oder im Falle des Laserschweißens vorzugsweise quadratisch ausgebildet sein. Insgesamt ist erkennbar, dass mittels des Abstandshalteelements 32 die Innenwand 16 unter Ausbildung des Ringspalts 30 in einem Abstand zu der Außenwand 22 gehalten ist.That in the annular gap 30 arranged spacer element 30 is designed for example as a wire or wire section. In particular, the wire or wire section is designed as a helically wound wire or wire section, so that the spacer element formed as a rod element 32 at least substantially helically around the single component 26 , In particular around an outer peripheral side surface 46 of the single component 26 , is wound. The spacer may be made of a full, wire-like rod material or of a hollow body or forming tube. The cross-section of the spacer may have a geometry particularly suitable depending on the selected joining method. For example, it may be circular for a soldering process or preferably square in the case of laser welding. Overall, it can be seen that by means of the spacer element 32 the inner wall 16 under formation of the annular gap 30 at a distance to the outer wall 22 is held.
Zur Ausbildung des jeweiligen Kragens 36 beziehungsweise 38 und somit des Anlagebunds 40 ist beispielsweise jeweils ein Ende des Innenzylinders und Außenzylinders, insbesondere in radialer Richtung nach außen, an einer Seite zumindest im Wesentlichen rechtwinklig abgestellt. Dabei hat es sich als besonders v vorteilhaft gezeigt, wenn zwischen dem Kragen 36 und 38 ein als Flanschverstärkung fungierendes Verstärkungselement 48 angeordnet ist, welches beispielsweise als Blechronde ausgebildet ist.For the training of the respective collar 36 respectively 38 and thus of the investment association 40 For example, in each case one end of the inner cylinder and outer cylinder, in particular in the radial direction to the outside, at least substantially at right angles parked on one side. It has proved to be particularly advantageous if between the collar 36 and 38 a reinforcing element acting as a flange reinforcement 48 is arranged, which is formed for example as a sheet metal blank.
Während 1 bis 3 eine erste Ausführungsform zeigen, zeigt 4 eine zweite Ausführungsform, bei der der auch als Flansch oder Flanschbereich bezeichnete Anlagebund 40 durch entsprechendes Tiefziehen des Innenzylinders im Flanschbereich eine steifigkeitserhöhende Verstärkung erfährt und somit auf die Blechronde beziehungsweise das Verstärkungselement 48 verzichtet werden kann. In vollständig hergestelltem Zustand der Hubkolbenmaschine ist beispielsweise die Zylinderlaufbuchse 10, insbesondere in ihrer axialen Richtung, an dem Motorblock im Anlagebund 40 abgestützt, sodass der Anlagebund 40 beziehungsweise die Zylinderlaufbuchse 10 über den Anlagebund 40, insbesondere in axialer Richtung der Zylinderlaufbuchse 10, an dem Motorblock anliegt.While 1 to 3 show a first embodiment shows 4 a second embodiment, in which also referred to as a flange or flange Anlagebund 40 by appropriate deep drawing of the inner cylinder in the flange area undergoes a stiffness-enhancing reinforcement and thus on the sheet metal blank or the reinforcing element 48 can be waived. In fully manufactured state of the reciprocating engine, for example, the cylinder liner 10 , in particular in its axial direction, on the engine block in the system 40 supported, so the investment alliance 40 or the cylinder liner 10 over the investment alliance 40 , in particular in the axial direction of the cylinder liner 10 , is applied to the engine block.
Im Folgenden wird ein beispielhafter Fertigungsablauf für die Zylinderlaufbuchse 10 beschrieben: Der Innenzylinder und der Außenzylinder werden durch bekanntes Tiefziehen von anfänglichen Blechronden als separate Einzelteile, das heißt als die Einzelbauteile 26 und 28 gefertigt. Dabei werden die Flansche rechtwinklig abgestellt und beschnitten. Eine alternative Fertigungsmöglichkeit für den Innen- beziehungsweise Außenzylinder ist, zunächst aus einem Blechstreifen Rohrabschnitte zu wickeln und die Stoßstellen am Umfang in bekannter Weise zu schweißen. In diesem Fall kann durch Anstauchen jeweils eines Rohrendes der Anlagebund 40 ausgebildet werden. In der Folge werden auf den Innenzylinder zunächst das Verstärkungselement 48 und anschließend der in bekannter Weise schraubenförmig gewickelte Abstandshalter aufgeschoben beziehungsweise gefügt. Alternativ kann der Abstandshalter in bekannter Weise direkt außen auf den Innenzylinder gewickelt und danach stoffschlüssig gefügt werden. In 3 ist dabei erkennbar, wie ein Ende 50 des Abstandshalters derart geformt ist, dass es zusammen mit der vorigen Windung einen inneren Hohlraum 52, insbesondere des Ringspalts 30, abschließt. Insbesondere ist es denkbar, dass der Ringspalt 30, insbesondere mittels des Abstandshalteelements 32, in mehrere Hohlräume 52 unterteilt ist. Vorzugsweise sind die Hohlräume 52 fluidisch miteinander verbunden, sodass ein Fluid, insbesondere eine Flüssigkeit, zur Kühlung der Zylinderlaufbuchse 10 durch die Hohlräume 52 hindurchfließen kann. Somit befinden sich in der Zylinderlaufbuchse 10, insbesondere in deren Zylinderwandung, die Hohlräume 52, welche insbesondere als umlaufende Hohlräume 52 ausgebildet sind. Mit anderen Worten erstrecken sich beispielsweise die Hohlräume 52 in Umfangsrichtung der Zylinderlaufbuchse 10 um die Innenwand 16, insbesondere um das Einzelbauteil 26, herum.The following is an exemplary production sequence for the cylinder liner 10 described: The inner cylinder and the outer cylinder are by known deep drawing of initial sheet metal blanks as separate items, ie as the individual components 26 and 28 manufactured. The flanges are placed at right angles and trimmed. An alternative manufacturing possibility for the inner or outer cylinder is first to wind pipe sections from a sheet metal strip and to weld the joints on the circumference in a known manner. In this case, by upsetting each of a pipe end of the investment covenant 40 be formed. As a result, the reinforcing element is first on the inner cylinder 48 and then pushed or joined in a known manner helically wound spacers. Alternatively, the spacer can be wound in a known manner directly on the outside of the inner cylinder and then joined materially. In 3 is recognizable as an end 50 of the spacer is shaped so as to form, together with the previous turn, an internal cavity 52 , in particular the annular gap 30 , concludes. In particular, it is conceivable that the annular gap 30 , in particular by means of the spacer element 32 , in several cavities 52 is divided. Preferably, the cavities 52 fluidly connected to each other, so that a fluid, in particular a liquid, for cooling the cylinder liner 10 through the cavities 52 can flow through it. Thus are located in the cylinder liner 10 , in particular in the cylinder wall, the cavities 52 , which in particular as encircling cavities 52 are formed. In other words, for example, the cavities extend 52 in the circumferential direction of the cylinder liner 10 around the inner wall 16 , in particular to the single component 26 , around.
Das stoffschlüssige Verbinden des Abstandshalters mit dem Innenzylinder kann in bekannter Weise beispielsweise durch Löten, elektrisches Widerstandsschweißen oder Laser-Remoteschweißen erfolgen. Im darauffolgenden Prozessschritt wird der Außenzylinder mit geringem radialem Spiel über den Abstandshalter geschoben. Hier ist eine Variante der unterschiedlichen Fügemöglichkeiten, durch thermisches Fügen einen Querpressverband auszubilden. Eine andere Art der Fügeverbindung ist hier das stoffschlüssige Anbinden, beispielsweise mithilfe des bekannten Laserschweißens des Außenzylinders mit dem Abstandshalter. Hier ist die vorteilhafte Prozessführung dergestalt, dass ein Laserstrahl den äußeren Zylinder in bekannter Weise lokal aufschmilzt und den darunter angeordneten Abstandshalter anschmilzt. Letztlich werden im Flanschbereich (Anlagebund 40) der Außenzylinder, der Innenzylinder und gegebenenfalls das Verstärkungselement 48, welches als Flanschverstärkung fungiert, vollumfänglich und insbesondere dicht miteinander verschweißt. Gegebenenfalls werden umformtechnisch oder durch Spanen, insbesondere durch Bohren, Öffnungen in den Außenzylinder beziehungsweise in den Innenzylinder eingebracht, bevor nun die zerspanende Bearbeitung der Außen- und Innenkontur an diesem Halbfertigteil beginnt. Im letzten Bearbeitungsschritt erfolgt das bekannte Honen des Fertigteils.The integral connection of the spacer with the inner cylinder can be done in a known manner, for example by soldering, electrical resistance welding or laser remote welding. In the following process step, the outer cylinder is pushed over the spacer with little radial clearance. Here is a variant of the different joining options to form a transverse compression bandage by thermal joining. Another type of joint connection here is the cohesive bonding, for example by means of the known laser welding of the outer cylinder with the spacer. Here, the advantageous process control is such that a laser beam locally melts the outer cylinder in a known manner and melts the spacer arranged underneath. Ultimately, in the flange (Anlagebund 40 ) of the outer cylinder, the inner cylinder and optionally the reinforcing element 48 , which acts as a flange reinforcement, fully and in particular tightly welded together. If necessary, forming or by machining, in particular by drilling, openings are introduced into the outer cylinder or into the inner cylinder, before the machining of the outer and inner contour begins at this semi-finished part. In the last processing step, the known honing of the finished part.
Aus 4 ist erkennbar, dass beispielsweise mehrere, als Durchgangsöffnungen ausgebildete Öffnungen 54 vorgesehen und in der Außenwand 22 ausgebildet sein können. Die Öffnungen 54 können der weiteren Optimierung des Wärmehaushalts innerhalb der Brennkraftmaschine dienen. Beispielsweise kann so durch den äußeren Zylinder Kühlmittel gezielt durch die Öffnungen 54 hindurch in den Ringspalt 30 zwischen den Außenzylinder und den Innenzylinder und weiter in den Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine geleitet werden. Ebenso können die Öffnungen 54, die im Innenzylinder auf der Kurbelraumseite eingebracht sind, zu Kühlzwecken von Motorschmieröl durchflossen werden. Gegebenenfalls trennt der Abstandshalter einen kühlwasserführenden Bereich im Ringspalt 30 von einem ölführenden Bereich.Out 4 It can be seen, for example, that a plurality of openings designed as passage openings 54 provided and in the outer wall 22 can be trained. The openings 54 can serve the further optimization of the heat balance within the internal combustion engine. For example, so can through the outer cylinder coolant targeted through the openings 54 through into the annular gap 30 be passed between the outer cylinder and the inner cylinder and further into the cooling circuit of the internal combustion engine. Likewise, the openings 54 , which are introduced in the inner cylinder on the crankcase side, to be traversed by engine lubricating oil for cooling purposes. Optionally, the spacer separates a cooling water-carrying area in the annular gap 30 from an oil-bearing area.
Eine zeichnerisch nicht dargestellte Ausführungsform der Zylinderlaufbuchse 10 nutzt den Ringspalt zwischen dem Innenzylinder und dem Außenzylinder zum Transport des Schmieröls zwischen dem Kurbelraum und dem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine. In diesem Fall können im Zylinderkurbelgehäuse ölkanäle entfallen, wodurch sich der Fertigungsaufwand am Zylinderkurbelgehäuse gegebenenfalls reduziert.A drawing not shown embodiment of the cylinder liner 10 uses the annular gap between the inner cylinder and the outer cylinder for transporting the lubricating oil between the crank chamber and the cylinder head of the internal combustion engine. In this case, oil passages can be omitted in the cylinder crankcase, whereby the manufacturing cost of the cylinder crankcase may be reduced.
Ferner ist es vorgesehen, dass das im Flanschbereich vorgesehene und beispielsweise als Abstandsronde fungierende Verstärkungselement 48 mit Öffnungen beziehungsweise Ausstanzungen versehen ist, um dadurch das Gewicht der Zylinderlaufbuchse 10 besonders gering halten zu können. Das vorzugsweise als Stabelement beziehungsweise Stabmaterial, insbesondere als Draht, ausgebildete Abstandshalteelement 32 kann massiv oder aber innen rohrförmig beziehungsweise hohl ausgebildet sein, wodurch das Gewicht besonders gering gehalten werden kann.Furthermore, it is provided that the reinforcing element provided in the flange region and functioning, for example, as a spacer disk 48 is provided with openings or punched to thereby reduce the weight of the cylinder liner 10 To keep particularly low. The preferably designed as a rod element or rod material, in particular as a wire, spacer element 32 can be solid or hollow or hollow inside, whereby the weight can be kept very low.
Vorzugsweise sind die Einzelbauteile 26 und 28 aus voneinander unterschiedlichen Werkstoffen gebildet, wobei der Innenzylinder aus einem korrosionsbeständigen Edelstahl und der Außenzylinder aus einem aluminium- und/oder kupferbasierten Werkstoff gebildet ist. Ferner hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn die Hohlräume 52 im Inneren zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, mit einem Leichtbauwerkstoff gefüllt sind.Preferably, the individual components 26 and 28 formed from mutually different materials, wherein the inner cylinder is formed of a corrosion-resistant stainless steel and the outer cylinder of an aluminum and / or copper-based material. Furthermore, it has been found to be advantageous if the cavities 52 inside at least partially, in particular at least predominantly or completely, are filled with a lightweight material.
Im Rahmen eines Verfahrens zum Herstellen der Zylinderlaufbuchse wird beispielsweise zumindest einer der Zylinder durch Tiefziehen, insbesondere in einer Blechronde, gefertigt. Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass zumindest einer der Zylinder zumindest in einem Teilbereich aus einem geschweißten Rohrabschnitt gebildet wird, an welchen eine Blechronde zur Ausbildung eines Flanschbereichs beziehungsweise des jeweiligen Kragens 36 beziehungsweise 38 angeschweißt wird.As part of a method for producing the cylinder liner, for example, at least one of the cylinders is made by deep drawing, in particular in a sheet metal blank. Alternatively or additionally, it is conceivable that at least one of the cylinders is formed at least in a partial region of a welded pipe section, on which a sheet metal blank for forming a flange or the respective collar 36 respectively 38 is welded.
Das auch als Verstärkungsteil bezeichnete Verstärkungselement 48 in dem Flanschbereich beziehungsweise im Bereich des Anlagebunds 40 wird beispielsweise durch Feinstanzen aus einer Blechtafel oder einem Blechband gefertigt. Ferner kann vorgesehen sein, dass der insbesondere als Draht ausgebildete Abstandshalter beziehungsweise das Stabmaterial des Abstandshalters schraubenförmig auf beziehungsweise um den Innenzylinder gewickelt beziehungsweise aufgewickelt ist. Dabei kann die Steigung der Wicklung variieren und muss nicht zwangsläufig konstant sein.Also referred to as reinforcing member reinforcing element 48 in the flange area or in the area of the plant collar 40 is made for example by fine blanking of a metal sheet or a metal strip. Furthermore, it can be provided that the spacer formed in particular as a wire or the rod material of the spacer is helically wound or wound on or around the inner cylinder. The slope of the winding can vary and does not necessarily have to be constant.
Insbesondere sind aus 4 Stellen S erkennbar, welche beispielsweise Fügestellen beziehungsweise durch Fügen bedingte lokale Wärmeeinflusszonen sind. Beispielsweise ist das Abstandshalteelement 32 an den Stellen S mit dem Innenzylinder und mit dem Außenzylinder, insbesondere stoffschlüssig, gefügt. Ferner sind aus 4 Stellen F erkennbar, welche insbesondere als Fügestellen ausgebildet sind, an denen das Einzelbauteil 26 (Innenzylinder) mit dem Einzelbauteil 28 (Außenzylinder) gefügt und somit verbunden ist.In particular, are out 4 Put S recognizable, which are, for example, joints or caused by joining local heat affected zones. For example, the spacer element 32 in the places S with the inner cylinder and with the outer cylinder, in particular cohesively, joined. Furthermore, are off 4 Put F recognizable, which are designed in particular as joints, where the individual component 26 (Inner cylinder) with the single component 28 (Outer cylinder) joined and thus connected.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
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1010
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ZylinderlaufbuchseCylinder liner
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1212
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Endbereichend
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1414
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EndeThe End
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1616
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Innenwandinner wall
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1818
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Zylindercylinder
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2020
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Zylinderwandcylinder wall
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2222
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Außenwandouter wall
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2424
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außenumfangsseitige Mantelflächeouter peripheral side surface
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26 26
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erstes Einzelbauteilfirst single component
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2828
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zweites Einzelbauteilsecond single component
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3030
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Ringspaltannular gap
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3232
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AbstandshalteelementSpacer element
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3434
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EndeThe End
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3636
-
Kragencollar
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3838
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Kragencollar
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4040
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Anlagebundcontact collar
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4242
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Einzelteildetail
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4444
-
Einzelteildetail
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4545
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Stumpfschweißnahtbutt weld
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4646
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außenumfangsseitige Mantelflächeouter peripheral side surface
-
4848
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Verstärkungselementreinforcing element
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5050
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EndeThe End
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5252
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Hohlraumcavity
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5454
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Öffnungopening
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SS
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StelleJob
-
FF
-
StelleJob
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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DE 4317836 C1 [0002]DE 4317836 C1 [0002]
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DE 19818589 A1 [0003]DE 19818589 A1 [0003]
