Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines Zylinders einer Brennkraftmaschine

Abstract

 2.1. Zylinderbuchsen werden insbesondere in ihrem oberen Bereich immer höheren Beanspruchungen durch Druck und Temperatur ausgesetzt. Daraus resultiert die Forderung, die Zylinderbuchse aus sehr hochfestem Stahl herzustellen. Gleichzeitig soll aber auch das Laufverhalten der Kolbenringe auf der Zylinderbuchsenoberfläche gegenüber den mit Grauguß erzielbaren Laufeigenschaften nicht verschlechtert werden. Diese Doppelforderung wird bisher dadurch erfüllt, daß auf die Innenoberfläche der Zylinderbuchse eine Graugußlaufschicht aufgeschleudert wird, was nachteiligerweise eine sehr lange Abkühlzeit und starke Qualitätsschwankungen zur folge hat.
2.3. Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird der Stahlring (5) in einer Gußform (4) mittels einer der Induktionsspule (6) auf Weißglut erhitzt. Unmittelbar anschließend wird die Gußform (4) über Gießkanäle (11) mit flüssigem Grauguß gefüllt. Nach dem Erkalten des Verbundrohlings wird dieser der Gußform (4) unter Zerstörung derselben entnommen und der Weiterverarbeitung zugeführt.
2.3. Das Verfahren ist für alle Zylinderbuchsen aus Grauguß anwendbar.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Zylinders einer Brennkraftmaschine sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

[0002] 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.

[0003] 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.

[0004] Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst.

[0005] Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

[0006] Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der einzigen Figur.

[0007] 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.

[0008] 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.

[0009] 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.

[0010] 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.

Ansprüche

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.

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.

Zeichnung