Faserverstärkter Leichtmetall-Zylinder für Hubkolbenmaschinen

Beschreibung

[0001] Die Erfindung geht gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 von der JP-A-60182338 aus.

[0002] Bei dieser bekannten Bauart eines Zylinders bzw. Zylinderrohres dienen die mittels eines Formteiles mit einer Leichtmetallschmelze in einem Werkstoffverbund gebrachten keramischen Fasern der Festigkeitssteigerung. Weiter ist aus der DE-A-36 31 096 ein Leichtmetall-Zylinder mit einer faserverstärkten Gleitbahn bekannt, deren Wärmeleitfähigkeit durch den Faseranteil geringehalten ist. Dies reduziert den Wärmedurchgang durch die Zylinderwand. Schließlich ist es bekannt, über den Faseranteil auch die Wärmedehnung eines faserverstärkten Bauteiles zu reduzieren.

[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen Leichtmetall-Zylinder einen Faserverstärkung aufzuzeigen, die bei einerseits vorbestimmt reduziertem Wärmedurchgang andererseits eine vorbestimmte Reduzierung der Wärmedehnung des Zylinders ergibt.

[0004] Gelöst wird diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1. Durch die erfindungsgemäße Anordnung von gerichteten Langfasern in einem Formkörper (engl. preform) aus keramischen Kurzfasern kann jede der Faserarten in vorteilhafter Weise entsprechend gezielt für die jeweilige Aufgabe des reduzierten Wärmedurchganges und der reduzierten Wärmedehnung eingesetzt werden. Mit der Wahl unterschiedlicher Faserarten und ihrer Kombination in einem Formkörper bzw. Formteil kann der Konstrukteur gezielt einen Leichtmetall-Zylinder bzw. ein derartiges Zylinderrohr für den jeweiligen Leistungs- und Einsatz-Bereich einer Brennkraftmaschine schaffen.

[0005] Zur Erzielung des gewünschten reduzierten Wärmedurchganges kann der auf den Zylinder bezogene Volumenanteil der Kurzfaser in Ausgestaltung der Erfindung bis zu 40 % betragen. Zur zusätzlichen Reduzierung der Wärmedehnung des Zylinders in radialer Richtung kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung das Formteil am Außenumfang zumindest bereichsweise mit einer Wickellage einer weiteren Langfaser ausgerüstet sein. Maßnahmen zur Reduzierung der radialen Warmedehnung eines Zylinders bzw. Zylinderrohres sind per se z. B. aus der DE-C-31 34 771 bekannt, wobei ein metallisches Zylinderrohr außenseitig von einer Wickelbandage aus einem Faserverbundwerkstoff umgeben ist. Diese aufwendige Bauart ist mit der erfindungsgemäß in das Faser-Formteil integrierten Wickellage vorteilhaft vermieden.

[0006] Schließlich wird in Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, daß beim Druckgießen des Zylinders ein einer Heißzone zugewandter Zylinderabschnitt, insbesondere im Bereich der Wickellage nachverdichtet wird, um einen guten Werkstoffverbund zu erreichen.

[0007] Ein erfindungsgemäß gestaltetes Faser-Formteil, das bei gewünscht kleinem Wärmedurchgang die räumliche Wärmedehnung des Zylinders wesentlich reduziert, ist sowohl für die Einzelfertigung von Leichtmetall-Zylinder als auch für eine Verbundbauweise mehrerer Zylinder in einem Brennkraftmaschine-Gehäuse vorteilhaft.

[0008] Ein in der Zeichnung dargestelltes, bevorzugtes Ausführungsbeispiel dient der näheren Beschreibung der Erfindung.

[0009] Ein faserverstärkter Leichtmetall-Zylinder 1 für eine nicht dargestellte Brennkraftmaschine umfaßt im Werkstoffverbund mit dem Leichtmetall 2 ein aus Kurzfasern 3 gefertigtes, rohrförmiges Faserformteil 4. Das Faserformteil 4 enthält in zur Zylinderachse im wesentlichen paralleler Anordnung gesonderte Langfasern 6. Weiter ist das Faserformteil 4 am Außenumfang in dem der Brennzone des Zylinders 1 benachbarten Bereich mit einer Wickellage 7 einer weiteren Langfaser 8 ausgerüstet.

[0010] Zur Erzielung eines vorbestimmten Wärmedurchganges des Zylinders 1 sind die Kurzfasern 3 aus keramischem Werkstoff. Ein auf den Zylinder 1 bezogener Volumenanteil kann bis zu 40 % betragen.

[0011] Zur Reduzierung der Wärmedehnung des Zylinders 1 in Richtung der Zylinderachse 5 weisen die Langfasern 6 einen gegenüber dem Leichtmetall wesentlich geringeren Wärmedehnungskoeffizienten auf. Die Langfasern 8 der

[0012] Wickellage 7 sind ebenfalls aus hochfestem Material und dienen der Reduzierung der Wärmedehnung des Zylinders 1 in radialer Richtung.

[0013] Der Zylinder 1 kann entweder einzeln oder im Verbund mit einem Maschinengehäuse ausgebildet sein, wobei der Werkstoffverbund von Leichtmetall 2 und Faserformteil 4 im Druckguß erzielt ist. Zur weiteren Steigerung des vorzugsweise für eine Brennkraftmaschine dienenden Zylinders 1 kann dieser in seinem einer Brennzone zugewandten Zylinderabschnitt mit der Wickellage 7 beim Druckgießen nachverdichtet sein.

Ansprüche

1. Faserverstärkter Leichtmetall-Zylinder für Hubkolbenmaschinen, insbesondere Brennkraftmaschinen,

- wobei der Zylinder (1) in einem durch Druckguß erzielten Werkstoffverbund mit dem Leichtmetall (2) ein aus keramischen Fasern (3) gefertigtes, rohrförmiges Formteil (4) umfaßt,
dadurch gekennzeichnet,

- daß das Formteil (4) aus keramischen Kurzfasern (3) gebildet ist, und

- gesonderte Langfasern (6) in zur Zylinderachse (5) im wesentlichen paralleler Anordnung aufweist, wobei

- die Langfasern (6) einen gegenüber dem Leichtmetall (2) geringeren Wärmedehnungskoeffizienten aufweisen.

2. Zylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der auf den Zylinder (1) bezogene Volumenanteil der Kurzfaser (3) bis zu 40 % betragen kann.

3. Zylinder nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Formteil (4) bereichsweise, insbesondere in einem der Brennzone des Zylinders benachbarten Bereich, in Umfangsrichtung mit einer Wickellage (7) einer weiteren Langfaser (8) ausgerüstet ist.

4. Zylinder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

- daß der Werkstoffverbund in dem der

- Brennzone des Zylinders (1) benachbarten Bereich (Wickellage 7) nachverdichtet ist.

Revendications

1. Cylindre en métal léger renforcé par des fibres, pour machines à pistons, en particulier moteurs à combustion interne, du type dans lequel le cylindre (1) comprend, en liaison composite avec le métal léger (2) une pièce moulée tubulaire (4) obtenue par coulée sous pression, constituée de fibres céramiques caractérisé en ce que les libres céramiques (3) constituant la pièce (4) sont des fibres courtes, tandis que des fibres individuelles longues (6) sont disposées dans la pièce moulée parallèlement à l'axe du cylindre (5), ces libres longues (6) ayant un coefficient de dilatation inférieur à celui du métal léger (2).

2. Cylindre selon la revendication 1, caractérisé en ce que les libres courtes (3) représentent jusqu'à 40 % du volume du cylindre.

3. Cylindre selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la pièce moulée (4) est munie localement, en particulier dans sa partie proche de la zone de combustion du cylindre, d'une armature périphérique constituée par une couche d'enroulement (7) d'une libre longue (8).

4. Cylindre selon la revendication 3, caractérisé en ce que la liaison composite des matières est renforcée en épaisseur, dans sa partie proche de la zone de combustion du cylindre (couche d'enroulement (7)).

Claims

1. A fibre-reinforced light-metal cylinder for reciprocating-piston engines, especially internal combustion engines,

- wherein the cylinder (1) is formed by a material bond, achieved through die-casting, between the light metal (2) and a tubular moulding (4) manufactured from ceramic fibres,
characterised in that

- the moulding (4) is formed from ceramic short fibres (3) and

- comprises separate long fibres (6) arranged substantially parallel to the cylinder axis (5),

- which long fibres (6) have a lower coefficient of thermal expansion compared with the light metal.

2. A cylinder according to claim 1, characterised in that the volume proportion of the short fibres (3) in relation to the cylinder (1) can amount to up to 40%.

3. A cylinder according to Claims 1 and 2, characterised in that the moulding (4) is provided in the circumferential direction with a wound layer (7) of a further long fibre (8), especially in a zone adjacent to the combustion zone of the cylinder.

4. A cylinder according to Claim 3, characterized in that

- the material bond is fire-sealed in the zone adjacent the combustion zone (wound layer 7).

Zeichnung