DE2146153B2 - Zylinderlaufbuchse fur einen Verbrennungsmotor - Google Patents

Description

Gewichtsprozent

Molybdän 65 bis 90

Nickel 7 bis 25

Chrom 1 bis 6

Bor 0,3 bis 1,5

Silicium 0,2 bis 1,5

Rest Eisen mit geringen
Mengen an Kohlenstoff und
Kobalt

und in an sich bekannter Weise durch Plasmabogen-Flammspritzen aufgebracht ist.

2. Zylinderlaufbuchse für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die feuerfeste Metallegierung in den Nuten (29) besteht aus

Gewichtsprozent

Molybdän 75

Nickel 17,5

Chrom 4,12

Bor 0,94

Silicium 1

Rest Eisen mit geringen Mengen
an Kohlenstoff und Kobalt.

Die Erfindung betrifft eine Zylinderlaufbuchse für einen Verbrennungsmotor für die Verwendung in Verbindung mit einem Kolben, dessen Hub in der Nähe eines Endes der Zylinderlaufbuchse endet, wobei der Kolben eine Mehrzahl von axial im Abstand voneinander angeordneten Kolbenringen aufweist, die während des Hubs an der Lauffläche der Zylinderlaufbuchse entlanggleiten, wobei die Zylinderlaufbuchse an ihrer Lauffläche im Bereich der Kolbenringe in ihrem Totpunkt eine Nutenzone aufweist, die mindestens einen der Kolbenringe im Totpunkt des Hubs umgibt und die mit einer durch ein Flammspritzen aufgebrachten feuerfesten Metallegierung gefüllt ist, die an die Zylinderlaufbuchse gebunden ist, wobei die Metallegierung einen Innendurchmesser aufweist, der mit dem Innendurchmesser der Lauffläche übereinstimmt.

Zylinderlaufbuchsen von Verbrennungsmotoren bestehen im allgemeinen aus Graugußeisen mit einem Kohlenstoffgehalt von etwa 3 bis etwa 3,5 ⁰O, einem Siliciumgehalt von etwa 1,8 bis 2,20 °, 0, einem Mangangehalt von etwa 0,60 bis etwa 1,00 ⁰Zo, einem maximalen Schwefelgehalt von etwa 0,15 %> und einem maximalen Phosphorgehalt von etwa 0,15%. Typische Graugußeisen-Legierungen für Zylinderlaufbuchsen von Verbrennungsmotoren sind solche der nachfolgend angegebenen Zusammensetzung:

Gesamtkohlenstoffgehalt	Siliciumgehalt	Mangangehalt	Maximaler Schwefelgehalt	Maximaler Phosphorgehalt
3,10 bis 3,40 3,00 bis 3,30	1,90 bis 2,20 1,80 bis 2,10	0,60 bis 0,90 0,70 bis 1,00	0,15 0,15	0,15 0,10

Diese Zylinderlaufbuchsen unterliegen beim Betrieb des Verbrennungsmotors dem höchsten Verschleiß an den Enden des Hubs, insbesondere an der so Stelle, an der sich der Kolben in seinem Totpunkt befindet. In den Totpunkten des Kolbenhubs kehrt sich nämlich die Bewegungsrichtung des Kolbens um, wodurch der Kolben in Schwingungen versetzt wird, so daß an dieser Stelle die stärkste Seitenbelastung auf die Zylinderwand einwirkt.

Um diesem Verschleiß entgegenzuwirken, wurde bereits der Vorschlag gemacht, die die Bohrung begrenzende Wand der Zylinderlaufbuchse an dieser Stelle mit einem Überzug aus einem harten, verschleißfesten Metall, wie z. B. Chrom, oder einer Metallegierung mit einer größeren Verschleißbeständigkeit als dem üblicherweise verwendeten Graugußeisen zu versehen. Solche Zylinderlaufbuchsen haben jedoch den Nachteil, daß sie sehr teuer und sehr schwierig zu schleifen sind. Es wurde auch bereits versucht, dem Verschleiß der Zylinderlaufbuchsen in unmittelbarer Nähe des oberen Totpunktes des oberen Kolbenringes dadurch entgegenzuwirken, daß über die gesamte Länge der Zylinder-Lauffläche Nuten vorgesehen werden, die durch Aufsprühen oder elektrische Ablagerung mit Metall gefüllt sind (vgl. die USA.-Patentschrift 2 108 392 und 2 292 662).

Aus dem deutschen Gebrauchsmuster 1 682 765 ist es bereits bekannt, am Ende der Zylinderlaufbuchse für einen Verbrennungsmotor im Bereich des oberen Totpunktes des Kolbens eine Nutenzone anzubringen, die mit einer durch Flammspritzen aufgebrachten, feuerfesten Metallegierung gefüllt ist und einen Innendurchmesser aufweist, der mit dem Innendurchmesser der Zylinderlaufbuchse übereinstimmt. Ferner ist es aus der Zeitschrift »technica«, 1971, S. 17, bereits bekannt, die Verschleißbeständigkeit von Zylinderlaufbuchsen durch Aufbringen von verschleißfesten Legierungsüberzügen nach dem Plasmabogen-Flammspritzverfahren zu verbessern, während nach einem Vorschlag in der bekanntgemachten deutschen Patentanmeldung St 2741 a/46 el eine Zylinderlaufbuchse mit einer porösen Lauf-

fläche aus Hartchrom versehen wird, die einer nach Die erfindungsgemäße Zylinderlaufbuchse hat ge-

träglichen elektrochemischen Behandlung unterwor- genüber den bisher bekannten Zylinderlaufbuchsen

fen wird. den Vorteil, daß sie in der dem größten Verschleiß

Diese bekannten Vorschläge zur Lösung des Pro- ausgesetzten Nutenzone einen verschleißfesten Meblems der Herstellung einer Zylinderlaufbuchse für 5 tallüberzug aufweist, der nicht nur sehr fest auf der einen Verbrennungsmotor, die den an sie gestellten Unterlage haftet, sondern sich auch leicht schleifen Anforderungen genügt, berücksichtigen jedoch nicht läßt und die zur Erzielung einer ausreichenden die Schwierigkeiten, die beim Schleifen des aufge- Schmienvirkung erforderliche günstige Porosität aufbrachten, verschleißfesten Überzugs auftreten und weist, die sich über die gesamte Tiefe der Mittelzone nehmen auch keine Rücksicht auf die Bedeutung der io erstreckt und sich daher auch bei längerem Betrieb Porosität des verschleißfesten Überzugs, die ausrei- des Verbrennungsmotors als Folge des dabei auftrechen muß, um einen ausreichend dicken Ölfilm auf tenden zunehmenden unvermeidbaren Verschleißes dem Überzug zur Erzielung einer ausreichenden nicht verändert. Die erfindungsgemäßen Zylinder-Schmierung aufrechtzuerhalten. Alle bisher vorge- laufbuchsen, die an den kritischen Stellen einen verschlagenen, verschleißfesten Überzüge und Verfah- 15 schleißfesten Metallüberzug der oben angegebenen ren zur Aufbringung dieser Überzüge führen jeden- Zusammensetzung aufweisen, haben eine weit gröfalls nicht zu einer Zylinderlaufbuchse für einen Ver- ßere Lebensdauer als übliche Zylinderlaufbuchsen brennungsmotor, die neben einer ausreichenden Ver- und eine geringere Neigung zum Festfressen der KoI-schleißfestigkeit an den kritischen stellen auch die benringe, da sie an den kritischen Stellen in dem gewünschte Porosität zur Erzielung einer ausreichen- 20 Oberteil der Auskleidung gegen hohe Temperaturen den Ölhaftfähigkeit aufweist, leicht schleifbar ist und beständig sind.

ausreichend fest auf der Unterlage haftet. Zwar wird Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der

in »Werkstattstechnik«, 1965, Heft 12, S. 603 bib Zeichnung dargestellt und werden im folgenden nä-

606, darauf hingewiesen, daß bestimmte verschleiß- her beschrieben. Dabei zeigt

feste Legierungen statt durch Flammspritzen durch 25 F i g. 1 einen Schnitt durch einen Teil eines Ver-

Plasmabogen-Flammspritzen aufgebracht werden brennungsmotors mit einer Zylinderlaufbuchse nach

können, von der Anwendung dieser Auftragsmethode der Erfindung, welcher die Stellungen des Kolbens in

zur Herstellung von Zylinderlaufbuchsen, bei denen der Zylinderlaufbuchse an den Enden des Kolben-

die Porosität zur Erzielung der gewünschten Ölhaft- hubs zeigt,

fähigkeit eine entscheidende Rolle spielt, ist darin je- 30 F i g. 2 einen teilweise weggebrochenen Schnitt

doch nicht die Rede. durch die Zylinderlaufbuchse der F i g. 1,

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, F i g. 3 ein anderes Ausführungsbeispiel einer Zy-

eine Zylinderlaufbuchse für einen Verbrennungsmo- linderlaufbuchse nach der Erfindung im Schnitt,
tor anzugeben, die an den Stellen des höchsten Ver- In der Fig. 1 der Zeichnung ist mit der Ziffer 10

schleißes einen Überzug aufweist, der nicht nur den 35 allgemein ein Teil eines Verbrennungsmotors mit

an ihn gestellten Forderungen in bezug auf die Ver- einem Motorblock 11 mit einer Bohrung 12 bezeich-

schleißfestigkeit genügt, sondern gleichzeitig die zur net. die durch eine Zylinderlaufbuchse 13 der Erfin-

Erzielung einer ausreichenden Schmienvirkung erfor- dung ausgekleidet ist. Ein Kolben 14 ist gleitend in

derliche Porosität aufweist, leicht schleifbar ist und der Zylinderlaufbuchse 13 angeordnet und bewegt

auf der Unterlage fest haftet. 40 sich von einer oberen Totpunktlage, die in durchge-

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge- zogenen Linien dargestellt ist, zu einer unteren Totlöst, daß in einer Zylinderlaufbuchse für einen Ver- punktlage, die in gestrichelten Linien dargestellt ist. brennungsmotor der eingangs genannten Gattung die Die Zylinderlaufbuchse 13 ist ein Graugußrohr 15 dem höchsten Verschleiß ausgesetzten Nuten der Zy- mit einem nach außen ragenden Flansch 16 an seilinderlaufbuchse mit einer bestimmten feuerfesten 45 nem oberen Ende. Der Schaft der Zylinderlaufbuchse Metallegierung gefüllt sind, die besteht aus 13 wird in die Bohrung 12 des Motorblocks 11

Gewichtsprozent gedrückt, und der Flansch 16 sitzt in einer AusMolybdän 65 bis 90 nehmung 12 A an der Oberseite des Motorblocks

Nickel 7 bis 25 ^u

Cj₁₁-O₁₁₁ ι J₃J₅ 6 so Der Kolben 14 weist einen Kolbenkopf 17, ein

g_or 0 3 bis 15 ^nac^ ^unten ragendes Kolbenband 18 und drei Ring-

'!"!!^!'"!'"!'!'! 0^2 bis {,5 nuten 19, 20 und 21 auf. Die obere Ringnut 19

' ' nimmt einen keilförmigen Dichtungs- oder Feuerring

^{22 aUf}" ^{Die mittlere Nut 2}° ^{nimmt einen U}

?niSrinH Inhiff ^ ^{22 aUf}" ^{Die mittlere Nut 2}° ^{nimmt einen ZWeUen}

an Kohlenstoff und Kobalt ^ _{keilförmigen D}i_chtungsring 23 auf. Die untere Nut

und die in an sich bekannter Weise durch Plasmabo- 21 nimmt einen Ölabstreifring 24 auf. Der Ölab-

gen-Flammspritzen aufgebracht wurde. Gemäß einer streifring 24 umfaßt oben und unten dünne, aufge-

bevorzugten Ausgestaltung besteht die feuerfeste Me- spaltene Ringscheiben 25, die auf einem sich um den

tallegierung in den Nuten der Zylinderlaufbuchse für Umfang erstreckenden Abstandhalterung 26 aufge-

einen Verbrennungsmotor aus 6u bracht und von ihm gespannt werden. Die äußeren

Gewichtsprozent Oberflächen der Ringe 22, 23 und 25 gleiten auf der

Molybdän 75 Lauffläche 27 der Zylinderlaufbuchse 13 und schlie-

Nickel 17,5 ßen gegen diese ab.

Chrom 4,12 i_m oberen Totpunkt ist der Kolbenkopf 17 etwa

Bor 0,94 65 bündig mit dem Flansch 16 der Zylinderlaufbuchse

Silicium 1 13. Im unteren Totpunkt befindet sich der untere

Rest Eisen mit geringen Mengen an Teil des Kolbenbandes 18 innerhalb des Bereiches

Kohlenstoff und Kobalt. des Schaftes der Zylinderlaufbuchse. Die Lauffläche

27 der Zylinderlaufbuchse 13 ist an ihrem oberen der Zylinderlaufbuchse 13 beeinträchtigt werden.

Ende bei 28 abgeschrägt. Wichtig ist aber auch die Porengrößenverteilung,

Die Lauffläche 27 der Zylinderlaufbuchse 13 ist in denn bei einer zu geringen Porengröße von beispielsder Nähe des Randes und im Innern mit Nuten 29, weise 0,01 bis 0,1 Mikron ist eine ausreichende Öl-30 versehen. Die Nuten 29, 30 sind so angeordnet, 5 Haftfähigkeit und damit eine ausreichende Schmierdaß sie den oberen Dichtungsring 22 im oberen Tot- wirkung nicht gewährleistet, während andererseits punkt und den unteren Ölabstreifring 24 im unteren bei zu großen Poren in der Größenordnung von 2 bis Totpunkt umgeben und sich etwas über die Oberteile 10 Mikron die Gefahr besteht, daß darin der Schleifund Unterteile dieser Ringe in diesen Stellungen hin- abtrieb zurückgehalten wird, was ebenfalls uneraus erstrecken. Die Nuten 29 und 30 können verhüll- i° wünscht ist.

nismäßig flach sein und ihre Tiefe etwa 0,0051 bis Durch Aufbringen der erfindungsgemäß verwende-

etwa 0,025 cm betragen. Die axiale Ausdehnung der ten Metallegierung nach dem Plasmabogen-Flamm-

Nuten kann etwa 1,27 cm betragen. spritzverfahren wird jedoch eine ausreichende Ge-

Die Nuten 29 und 30 sind mit einer feuerfesten samtporosität mit der gewünschten Porengrößenver-

Metallegierung, die durch Plasmabogen-Flammsprit- 15 teilung erzielt, bei der die Mehrzahl der Poren eine

zen aufgebracht worden ist, gefüllt. Die streifenför- Größe von etwa 0,1 bis 2 Mikron aufweist. Damit

migen Füllungen 31 und 32 sind mit dem Ausklei- wird auch gleichzeitig eine der Hauptschwierigkeiten

dungskörper 15 fest verbunden und bilden eine harte beseitigt, die bei den bisher verwendeten Überzugs-

Oberfläche. Die Füllungen 31 und 32 sind mit der materialien auftrat, nämlich die, daß die Schmierung

Lauffläche 27 bündig geschliffen. Da die Lauffläche 20 zwischen dem verschleißfesten Überzug und den KoI-

27 außer an den Füllungsflächen aus Grauguß be- benringen besonders beim Start des Verbrennungs-

steht und die Füllungsflächen nur einen verhältnis- motors, bei dem der Reibungsverschleiß ungewöhn-

mäßig kleinen Teil der Gesamtfläche der Lauffläche lieh hoch ist, bei Materialien mit einer glatten Ober-

27 ausmachen, wird durch die Füllungen 31, 32 mit fläche, wie z.B. einem Harzchromüberzug, oder bei

ihren harten Oberflächen das Schleifen nicht über- 25 nach dem Detonationsflammsprühverfahren auf'ge-

mäßig erschwert. brachten Materialien unzureichend ist.

Die erfindungsgemäß verwendeten verschleißfesten Bei den Füllungen 31 und 32 aus dem erfindungs-Metallegierungen werden in an sich bekannter Weise gemäß verwendeten Material mit einer harten Obernach dem Plasmabogen-Flammspritzverfahren aufge- fläche kann es sich um in situ in den Nuten gebildete bracht, wodurch bewirkt wird, daß die aufgebrachten 3° Legierungen handeln, und die Legierung wird entverschleißfesten Füllungen 31, 32 die gewünschte lang einer Grenzfläche, die ein davon verschiedenes Porosität und die gewünschte Porengrößenverteilung Bindematerial aufweisen kann, mit dem Zylinderbei gleichzeitig guter Haftung auf dem Zylinderlauf- laufbuchsenwerkstoff verbunden. Wie dargestellt, buchsenwerkstoff aufweisen. sind die Füllungen 31 und 32 so angeordnet, daß sie

Zu diesem Zweck werden die Legierungen in 35 sich zu beiden Seiten des oberen Feuerringes 22 im obe-

Form von in axialer Richtung schmalen Streifen auf- ren Totpunkt und zu beiden Seiten des ölabstreifrings

gesprüht und anschließend mit der Zylinderwand 24 im unteren Totpunkt des Kolbenhubs erstrecken,

bündig geschliffen, was den Vorteil hat, daß beim Anstatt mit wenigen einzelnen Füllungen 31 und

Schleifen keine Spannungsdeformationen und daraus 32 kann die Zylinderlaufbuchse 13 auch mit einer

resultierende Brüche der Bindung zwischen der Fül- 40 Mehrzahl von schmaleren Füllungen versehen sein,

lung 31, 32 aus der verschleißfesten Metall-Legie- die sich über die gleiche Fläche wie die breiteren

rung und den Wänden der Nuten 29, 30 auftreten. Füllungen 31, 32 erstrecken. Wie in Fig. 3 darge-

Aus diesen Gründen haben die Füllungen 31, 32 in stellt, weist die so ausgebildete Zylinderlaufbuchse

axialer Richtung eine Breite von weniger als 1.27 cm. 13/1 neben Teilen, die mit der mit der gleichen Be-

Die erfindunesgemäße Zylinderlaufbuchse 13 kann 45 zugsziffer versehenen Zylinderlaufbuchse 13 identisch

einen oder mehrere Füllungen 31, 32 aus dem ange- sind, an Stelle der einzelnen Nut 29 am oberen Ende

gebenen Material aufweisen, die in die Zylinderlauf- und der einzelnen Nut 30 in der Nähe des unteren

buchse 13 bündig so eingebettet sind, daß sie einen Endes drei Nuten 33 auf, die an dem oberen Ende

oder mehrere der Dichtungsringe des Kolbens 14 im vorgesehen sind, sowie drei ähnliche Nuten 34, die in

oberen Totpunkt umgeben. 5o der Nähe des unteren Endes der Zylinderlaufbuchse

Die nach dem Plasmabogen-Flammspritz-Verfah- 13 vorgesehen sind, wobei jede Nut 33, 34 durch

ren aufgebrachte, erfindungsgemäß verwendete Le- eine nicht ausgesparte Fläche 35 der Lauffläche 27

gierung weist eine Gesamtporosität von etwa 15⁰O von der anderen getrennt ist.

auf, die gleichmäßig über die gesamte Dicke der Fül- Die Nuten 33 werden mit der genannten Metalllung 31, 32 verteilt ist, wobei in 3 °/o der Gesamtpo- 55 legierung gefüllt unter Bildung der Füllungen 36, rosität aus Poren einer Größe von etwa 0,01 bis während die Nuten 34 mit der gleichen oder eineT 0,1 Mikron, etwa 9,9 ⁰Zo der Gesamtporosität aus Po- davon verschiedenen Metallegierung mit einer hartren einer Größe von etwa 0,1 bis 2,0 Mikron und ten Oberfläche gefüllt werden und die Füllungen 37 2,1 ^a/o der Gesamtporosität aus Poren einer Größe bilden. Die Füllungen 37 weisen im allgemeinen die von 2 bis 10 Mikron bestehen. Damit weist die erfin- 60 gleiche Dicke auf wie die Füllungen 31 und 32, ihre dungsgemäße Zylinderlaufbuchse die zur Aufrechter- axiale Breite beträgt jedoch 0,15 bis 0,635 cm, wobei haltung einer ausreichenden Schmierung erforder- die Flächen 35 eine ähnliche oder größere Breite aufliche Porosität auf. Dies ist außerordentlich wichtig, weisen. Bei einer bevorzugten Anordnung könner da eine zu große Porosität zu einem Überzug mit die Füllungen 36 und die oberste Füllung 37 etwas schlechteren Oberflächeneigenschaften, insbesondere 65 breiter sein als die beiden anderen Füllungen 37, di einer zu geringen Verschleißbeständigkeit, führt, diese Flächen zuerst die jeweiligen Kompressions· während durch eine zu geringe Gesamtporosität die und ölabstreifringe aufnehmen und die Verweilzei ölhaftfähigkeit und damit die Schmiereigenschaften daran größer ist als bei den anderen Füllungen 37.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

'560

Claims (1)

2 Patentansprüche:

1. Zylinderlaufbuchse für einen Verbrennungsmotor für die Verwendung in Verbindung mit einem Kolben, dessen Hub in der Nähe eines Endes der Zylinderlaufbuchse endet, wobei der Kolben eine Mehrzahl von axial im Abstand voneinander angeordneten Kolbenringen aufweist, die während des Hubs an der Lauffläche der Zylinderlaufbuchse entlanggleiten, wobei die Zylinderlaufbuchse an ihrer Lauffläche im Bereich der Kolbenringe in ihrem Totpunkt eine Nutenzone aufweist, die mindestens einen der Kolbenringe im Totpunkt des Hubs umgibt und die mit einer durch ein Flammspritzen aufgebrachten, feuerfesten Metallegierung gefüllt ist, die an die Zylinderlaufbuchse gebunden ist, wobei die Füllung einen Innendurchmesser aufweist, der mit dem Innendurchmesser der Lauffläche übereinstimmt, dadurch gekennzeichnet, daß die feuerfeste Metallegierung in den Nuten (29) besteht aus

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