DE4109308C1 - - Google Patents
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D19/00—Casting in, on, or around objects which form part of the product
- B22D19/08—Casting in, on, or around objects which form part of the product for building-up linings or coverings, e.g. of anti-frictional metal
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- Mechanical Engineering (AREA)
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
- Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Zylinders
einer Brennkraftmaschine sowie eine Vorrichtung zur Durchführung
dieses Verfahrens.
Die Weiterentwicklung der Brennkraftmaschinen zu immer höheren
spezifischen Leistungen hin hat es mit sich gebracht, daß die
Zylinderbuchse, insbesondere in ihrem oberen Bereich, immer höheren
Beanspruchungen durch Druck und Temperatur ausgesetzt ist. Daraus
resultiert die Forderung, die Zylinderbuchse aus sehr hochfestem
Stahl herzustellen. Gleichzeitig besteht aber auch die Forderung,
das Laufverhalten der Kolbenringe auf der Zylinderbuchsenoberfläche
gegenüber den mit Grauguß erzielbaren Laufeigenschaften nicht zu
verschlechtern. Diese Doppelforderung wird bisher dadurch erfüllt,
daß auf die Innenoberfläche der Zylinderbuchse eine
Graugußlaufschicht aufgeschleudert wird. Nachteilig ist an diesem
Verfahren, daß nach dem Schleudern eine sehr lange Abkühlzeit
erforderlich ist, um die notwendige Qualität der
Verbundguß-Zylinderbuchsen sicherzustellen. Außerdem ergeben sich
bei diesem Verfahren, bei dem ein flüssiger und ein zum Teil in der
Erstarrungsphase befindlicher Werkstoff miteinander verbunden
werden, starke Qualitätsschwankungen, die die Ausschußquote
wesentlich erhöhen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine
Vorrichtung zum Herstellen eines Zylinders zu finden, die den
Nachteil langer Abkühlzeit vermeiden und die Verbindung zwischen
Stahl und Grauguß mit geringem Aufwand präzise darstellen kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 10 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von
Unteransprüchen.
Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus
der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der einzigen
Figur.
Die einzige Figur zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung
einen Formkasten 1 und hierin eine für senkrechten Guß aus
mineralischem Formstoff hergestellte Außenform 2. Im Inneren der
Außenform 2 ist ein zugehöriger Kern 3 zentrisch befestigt. Der eine
Gußform 4 darstellende Zwischenraum zwischen dem Kern 3 und der
Außenform 2 ist so bemessen, daß darin ein an seiner Innenoberfläche
mit einer Graugußlaufschicht zu versehender Stahlring 5 und eine den
Stahlring 5 umgebende Induktionsspule 6 zum später einzubringenden
Kern 3 konzentrisch angeordnet werden können. Die Induktionsspule 6
ist in der Außenform 2 mit Feuerbeton derart fixiert, daß zwischen
der Innenoberfläche des Stahlrings 5 und der Außenoberfläche des
Kerns 3 ein Hohlraum 7 verbleibt, der als unterer Abschnitt der
Gußform 4 zur Aufnahme des die Graugußschicht bildenden Eisens
dient. Ein oberhalb des Stahlrings 5 liegender Hohlraum 8 bildet als
oberer Abschnitt der Gußform 4 die restliche
Zylinderbuchsenaußenform. Die Gußform 4 ist mit Schutzgas, zum
Beispiel mit Argon, gefüllt. Zum Zwecke der Kühlwasserführung
rohrförmig ausgebildete elektrische Zuleitungen 9 der
Induktionsspule 6 sowie die ebenfalls aus Rohrquerschnitten
hergestellte Induktionsspule 6 verlaufen im Formstoff der
Außenform 2. Der dem Stahlring 5 gegenüberliegende
Oberflächenabschnitt des Kerns 3 ist zum Schutz gegen die
Wärmestrahlung mit Schamotteplatten 10 versehen.
Der Stahlring 5 wird in der Gußform 4 mittels der Induktionsspule 6
auf Weißglut erhitzt. Unmittelbar anschließend wird die Gußform 4
über Gießkanäle 11 mit flüssigem Grauguß gefüllt, wobei letzterer
mit dem weißglühenden Stahlring 5 eine Schmelzschweißverbindung
eingeht. Nach dem Erkalten des Verbundrohlings wird dieser der
Gußform 4 unter Zerstörung derselben entnommen und der
Weiterverarbeitung zugeführt.
In Abweichung vom vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel kann
das Vorheizen des Stahlrings 5 auch auf andere Weise, wie zum
Beispiel durch Einleitung eines Flammgases hinter den Stahlring 5
oder nach dem Prinzip der Widerstandsheizung, erfolgen. Weiterhin
kann der Stahlring 5 vor seinem Einbringen in die Gußform 4 an der
Innenoberfläche mit einer Schutzschicht aus Nickel, Zinn oder
anderen geeigneten Materialien versehen werden, um einen
zusätzlichen Oxidationsschutz zu gewährleisten.
Das vorstehend durch seine wichtigsten Schritte beschriebene
Verfahren zur Herstellung einer Zylinderbuchse weist in der
Hauptsache folgende Vorteile auf:
- - Das Vorheizen des Stahlrings verhindert, daß zwischen dem flüssigen Eisen und dem Stahlring nur eine örtlich begrenzte und damit ungenügende Verschmelzung erfolgt;
- - das Vorheizen des Stahlrings verhindert, daß es wegen unterschiedlicher Temperaturen zu unterschiedlichen Schwindungsbeträgen und damit zur Bildung eines Schwindungsspalts zwischen den beiden zu verbindenden Materialien kommt;
- - das Vorheizen des Stahlrings bewirkt im Gegenteil, daß es aufgrund des etwas stärkeren Schrumpfens des Stahls im Verhältnis zu dem des Graugusses zu einer kombinierten Schmelz- und Schrumpfverbindung kommt;
- - das Einleiten eines Schutzgases in die Gußform 7 vor Beginn des Vorheizens des Stahlrings verhindert die Bildung einer Zunderschicht auf der Oberfläche des Stahlrings, die sonst einer sicheren Verschmelzung der beiden Materialien entgegenstehen würde;
- - die nahezu unüberwindbaren Schwierigkeiten eines Verfahrens, bei dem das zunderfreie Vorheizen des Stahlrings, sein Einbringen in eine Gußform, das Schließen der Gußform und das anschließende Ausgießen mit flüssigem Eisen nacheinander erfolgen würden, entfallen durch das Vorheizen des Stahlrings in der gießfertigen Gußform unter Schutzgas;
- - die reproduzierbar präzise Lage und Ausbildung der Verbindungszone zwischen Stahl und Grauguß ist ein wesentlicher Qualitätsvorteil und senkt in erheblichem Maße die Ausschußkosten gegenüber dem Schleuderverfahren.
Claims (9)
1. Verfahren zum Herstellen eines Zylinders einer Brennkraftmaschine
mit den Schritten:
Herstellen einer Gußform, bestehend aus einer Außenform und einem Kern aus mineralischem Formstoff;
Anbringen einer in der Gußform wirkenden Wärmequelle zum Erhitzen eines in die Gußform einzubringenden, mit Grauguß zu verbindenden Stahlrings;
Einbringen des mit Grauguß zu verbindenden Stahlrings in die Gußform;
Einbringen des Kerns in die Außenform;
Schließen der Gußform;
Befüllen der Gußform mit Schutzgas;
Erhitzen des Stahlrings in der geschlossenen Gußform bis zur Weißglut;
Eingießen des flüssigen Graugußeisens und
Abkühlen des mit der Graugußbuchse verschmolzenen Stahlrings.
Herstellen einer Gußform, bestehend aus einer Außenform und einem Kern aus mineralischem Formstoff;
Anbringen einer in der Gußform wirkenden Wärmequelle zum Erhitzen eines in die Gußform einzubringenden, mit Grauguß zu verbindenden Stahlrings;
Einbringen des mit Grauguß zu verbindenden Stahlrings in die Gußform;
Einbringen des Kerns in die Außenform;
Schließen der Gußform;
Befüllen der Gußform mit Schutzgas;
Erhitzen des Stahlrings in der geschlossenen Gußform bis zur Weißglut;
Eingießen des flüssigen Graugußeisens und
Abkühlen des mit der Graugußbuchse verschmolzenen Stahlrings.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
Erhitzen des Stahlrings mittels einer Induktionsspule erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
Erhitzen des Stahlrings mittels Flammgas erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
Erhitzen des Stahlrings nach dem Prinzip der Widerstandsheizung
erfolgt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Innenoberfläche des Stahlrings vor
Einbringen in die Gußform mit einer Oxidationsschutzschicht
versehen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als
Oxidationsschutzschicht eine Nickelschicht aufgebracht wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als
Oxidationsschutzschicht eine Zinnschicht aufgebracht wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß als Schutzgas Argon verwendet wird.
9. Vorrichtung zum Herstellen eines Zylinders einer Brennkraftmaschine
mit:
einer Gußform, die derartig ausgebildet ist, daß ein Anbringen einer in der Gußform wirkenden Wärmequelle, ein Einbringen eines mit Grauguß zu verbindenden Stahlrings, ein Befüllen mit Schutzgas sowie ein beschädigungsfreies Erhitzen vor dem Guß möglich sind, und
einer Wärmequelle zum Erhitzen des Stahlrings.
einer Gußform, die derartig ausgebildet ist, daß ein Anbringen einer in der Gußform wirkenden Wärmequelle, ein Einbringen eines mit Grauguß zu verbindenden Stahlrings, ein Befüllen mit Schutzgas sowie ein beschädigungsfreies Erhitzen vor dem Guß möglich sind, und
einer Wärmequelle zum Erhitzen des Stahlrings.
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