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DE19729017A1 - Cylinder sleeve for IC motors and piston compressors - Google Patents

Cylinder sleeve for IC motors and piston compressors

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Abstract

The cylinder sleeve (1) has a base body (2) with a cladding layer (5) around its outer surface, formed by heat sputtering. The cladding layer is of a metal alloy which is compatible with the housing metal alloy, to give an inter-metal bond between them. The outer surface of the base body has a profiled contour such as a longitudinal long wave profile (3). The base body is of cast iron, steel or a sintered material, and the housing and the outer sleeve cladding layer are of an Al-Si alloy with a Si content of <= 15%.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zylinderlaufbuchse, bestehend aus einem metallischen Grundkörper, zum Einsatz in die Zylinderbohrung eines Leichtmetallgehäuses, insbesondere von Brennkraftmaschinen und Hubkolbenkompressoren.The invention relates to a cylinder liner consisting of a metallic Basic body, for use in the cylinder bore of a light metal housing, especially of internal combustion engines and reciprocating compressors.

Moderne Gehäuse für Kompressoren oder Verbrennungsmotoren werden zunehmend aus Leichtmetall gefertigt. Bei Brennkraftmaschinen nimmt der Druck nach Qualitätsverbesserung und Kraftstoffeinsparung zu. Wege zur Massenverringerung führen zu Leichtmetallegierungen aus AL-Si mit einem Si-Anteil kleiner 15%. Die verwendeten Zylinderlaufbuchsen müssen im wesentlichen eine hohe Verschleißfestigkeit und Beständigkeit gegen Festfressen der Gleitpartner aufweisen. Entsprechend der hohen Verschleißbelastung werden als Laufbuchsenwerkstoffe verschleißfeste Gußeisen- oder Stahllegierungen oder auch Sinterwerkstoffe verwendet. Das Eingießen dieser metallischen Zylinderlaufbuchsen in Leichtmetallgehäuse bereitet eine Mehrzahl von Problemen. Infolge unterschiedlicher Ausdehnungskoeffizienten und Temperaturleitfähigkeiten ergeben sich immer wieder Probleme hinsichtlich der Anbindung zwischen dem erstarrenden Gießmetall und dem Grundkörper. Um die Verbindung zwischen Leichtmetallgehäuse und Zylinderlaufbuchsen zu verbessern, wurde bereits gemäß EP 0 363 844 B1 vorgeschlagen, die Zylinderlaufbuchsen durch Gießen mit einer Schicht, einer Legierung aus der Aluminiumreihe, zu versehen. Auf diese Weise verschmilzt sich das auf der Mantelfläche aufgegossene Aluminium mit dem Gehäusematerial während des Eingießens. Hierdurch ist es möglich, eine Vielzahl von Zylinderlaufbuchsen gleichzeitig in den Metallblock einzusetzen. Die Verbindung zwischen Zylinderbuchsen-Außenumfangsfläche und Leichtmetallgehäuse wird hierdurch jedoch nicht verbessert, da es sich lediglich um eine formschlüssige Verbindung handelt.Modern housings for compressors or internal combustion engines are becoming increasingly popular made of light metal. The pressure decreases in internal combustion engines Quality improvement and fuel saving too. Ways of mass reduction lead to light metal alloys made of AL-Si with an Si content of less than 15%. The The cylinder liners used must have a high wear resistance and have resistance to seizing of the sliding partners. According to the high Wear loads are wear-resistant cast iron or as sleeve materials Steel alloys or sintered materials are used. Pouring this metallic cylinder liners in a light metal housing prepares a variety of Problems. Due to different expansion coefficients and Thermal conductivities always give rise to problems with the Connection between the solidifying casting metal and the base body. To the To improve the connection between the light metal housing and the cylinder liners, has already been proposed according to EP 0 363 844 B1, the cylinder liners Casting to be provided with a layer, an alloy from the aluminum series. On in this way, the aluminum poured onto the surface fuses with the Housing material during pouring. This makes it possible to have a variety of Insert cylinder liners into the metal block at the same time. The connection  between the outer cylinder surface and the light metal housing but not improved, since it is only a positive connection.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Verbindung zwischen Zylinderbuchsen- Außenumfangsfläche und Leichtmetallgehäuse zu verbessern, wobei gleichzeitig eine Massenreduzierung angestrebt wird.The invention has for its object the connection between cylinder liner To improve the outer circumferential surface and light metal housing, while at the same time Mass reduction is sought.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dokumentiert. Darüber hinaus ist ein geeignetes Herstellungsverfahren dargelegt. Die erfindungsgemäße Zylinderlaufbuchse kennzeichnet sich durch eine besonders intensive Verbindung zwischen der Deckschicht und der Außenumfangsfläche aus. Beim thermischen Spritzen wird die Deckschicht mit hoher Temperatur und kinetischer Energie aufgebracht, hierdurch ergibt sich sowohl eine Diffusionsbindung als auch eine mechanische Verklammerung. Durch das Aufbringen der Leichtmetallegierung können die Wanddicken der Grundkörper geringer als bei üblichen Grundkörpern ausgebildet sein, wodurch das Gewicht der Zylinderlaufbuchse verringert wird. Die Deckschicht ist dem Material des Leichtmetallgehäuses derart angepaßt, daß eine intermetallische Verbindung erzeugt wird.This object is achieved by the characterizing features of Claim 1 solved. Advantageous embodiments of the invention are in the Sub-claims documented. It is also a suitable manufacturing process spelled out. The cylinder liner according to the invention is characterized by a particularly intensive connection between the cover layer and the outer peripheral surface out. With thermal spraying, the top layer is coated with high temperature and kinetic energy applied, this results in both a diffusion bond and also mechanical clinging. By applying the light metal alloy the wall thickness of the base body can be smaller than that of conventional base bodies be formed, whereby the weight of the cylinder liner is reduced. The Cover layer is adapted to the material of the light metal housing such that a intermetallic compound is generated.

Durch Aufspritzen der Aluminiumlegierung ist es darüber hinaus möglich, die Kontur der Außenumfangsfläche des Grundkörpers beizubehalten, d. h. wenn der Grundkörper als Gußteil ausgebildet ist, kann die unbearbeitete Mantelfläche bespritzt werden. Bei einer langwelligen Profilierung der Mantelfläche ist in Axialrichtung darüber hinaus eine zusätzliche formschlüssige Verbindung geschaffen. By spraying the aluminum alloy, it is also possible to contour the Maintain the outer peripheral surface of the base body, d. H. if the body as Cast part is formed, the raw surface can be sprayed. At a Long-wave profiling of the lateral surface is also a in the axial direction additional positive connection created.  

Damit sich nach dem Aufspritzen der Aluminiumiegierung keine Oxid-Schicht auf der Oberfläche bildet, welche als Isolator beim Eingießen in das Leichtmetallgehäuse fungiert, wird auf die Oberfläche der Aluminiumlegierung eine Oxidations-Schutzschicht aus Zink aufgespritzt.So that there is no oxide layer on the aluminum alloy after it has been sprayed on Surface forms which acts as an insulator when poured into the light metal housing acts, an oxidation protection layer is applied to the surface of the aluminum alloy sprayed from zinc.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen:The invention is shown using an exemplary embodiment in the drawing and is explained in more detail below. Show it:

Fig. 1 Teilschnitt einer erfindungsgemäßen Zylinderlaufbuchse in der Ansicht. Fig. 1 partial section of a cylinder liner according to the invention in the view.

Fig. 2 Herstellverfahren der Zylinderlaufbüchse gem. Fig. 1. Fig. 2 manufacturing method of the cylinder liner acc. Fig. 1.

Die in der Fig. 1 dargestellte Zylinderlaufbuchse (1) besteht aus einem Grundkörper (2) aus Gußeisen. Die Außenumfangsfläche des Grundkörpers kann in axialer Richtung ein langwelliges Profil (3) aufweisen. Auf dem Grundkörper kann eine Binde- Zwischenschicht (4) aufgespritzt sein. Auf diese Schicht ist eine Deckschicht (5) aus einer Aluminiumlegierung aufgespritzt. Abschließend ist noch eine dünne Oxidations- Schutzschicht (6) vorgesehen.The cylinder liner ( 1 ) shown in Fig. 1 consists of a base body ( 2 ) made of cast iron. The outer peripheral surface of the base body can have a long-wave profile ( 3 ) in the axial direction. A binding intermediate layer ( 4 ) can be sprayed onto the base body. A cover layer ( 5 ) made of an aluminum alloy is sprayed onto this layer. Finally, a thin protective layer against oxidation ( 6 ) is provided.

In der Fig. 2 ist ein Herstellungsverfahren dargestellt. Der Grundkörper (2) wird auf eine Drehvorrichtung (7) aufgespannt und in Rotation versetzt. Mittels einer in Axialrichtung verstellbaren Spritzvorrichtung (8) können die für die einzelnen Schichten (4, 5, 6) notwendigen Materialien aufgespritzt werden. Die Übergänge zwischen den Schichten (4, 5, 6) können gradiert ausgebildet sein. A manufacturing process is shown in FIG . The base body ( 2 ) is clamped onto a rotating device ( 7 ) and set in rotation. The materials required for the individual layers ( 4 , 5 , 6 ) can be sprayed on by means of a spray device ( 8 ) which is adjustable in the axial direction. The transitions between the layers ( 4 , 5 , 6 ) can be graded.

Die fertiggestellte Zylinderluftbuchse ist stabil und kann problemlos von der Herstellung bis zum Einbau in das Leichtmetallgehäuse gelagert und gehandhabt werden. Als thermisches Spritzverfahren sind alle bekannten Spritzverfahren prinzipiell anwendbar, bevorzugt wird aber das Flammspritzverfahren oder Lichtbogenspritzverfahren.The finished cylinder air sleeve is stable and can be easily manufactured stored and handled until it is installed in the light metal housing. As In principle, thermal spraying processes can be used for all known spraying processes, however, the flame spraying method or arc spraying method is preferred.

Claims (14)

1. Zylinderlaufbuchse bestehend aus einem metallischen Grundkörper zum Einsatz in die Zylinderbohrung eines Leichtmetallgehäuses, insbesondere von Brennkraftmaschinen oder Hubkolbenkompressoren, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderlaufbuchse (1) auf der Außenumfangsfläche eine Deckschicht (5) aufweist, die durch thermisches Spritzen erzeugt ist und aus einer Metallegierung besteht, die der Legierung des Leichtmetallgehäuses derart angepaßt ist, daß eine intermetallische Bindung zum Leichtmetallgehäuse erzeugbar ist.1.Cylinder liner consisting of a metallic base body for use in the cylinder bore of a light metal housing, in particular internal combustion engines or reciprocating compressors, characterized in that the cylinder liner ( 1 ) has a cover layer ( 5 ) on the outer circumferential surface, which is produced by thermal spraying and from one There is a metal alloy which is adapted to the alloy of the light metal housing in such a way that an intermetallic bond to the light metal housing can be produced. 2. Zylinderlaufbuchse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (2) aus Grauguß gebildet ist.2. Cylinder liner according to claim 1, characterized in that the base body ( 2 ) is formed from gray cast iron. 3. Zylinderlaufbuchse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (2) aus Stahl- oder Sinterwerkstoffen gebildet ist.3. Cylinder liner according to claim 1, characterized in that the base body ( 2 ) is formed from steel or sintered materials. 4. Zylinderlaufbuchse nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenumfangsfläche des Grundkörpers (2) unbearbeitet ist.4. Cylinder liner according to claims 1 to 3, characterized in that the outer peripheral surface of the base body ( 2 ) is unprocessed. 5. Zylinderlaufbuchse nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenumfangsfläche des Grundkörpers (2) eine profilierte Kontur aufweist.5. Cylinder liner according to claims 1 to 3, characterized in that the outer peripheral surface of the base body ( 2 ) has a profiled contour. 6. Zylinderlaufbuchse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontur in Axialrichtung als langwelliges Profil (3) ausgebildet ist.6. Cylinder liner according to claim 5, characterized in that the contour in the axial direction is designed as a long-wave profile ( 3 ). 7. Zylinderlaufbuchse nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wanddicke des Grundkörpers (2) zwischen 1,2 mm bis 8,0 mm liegt. 7. Cylinder liner according to claims 1 to 6, characterized in that the wall thickness of the base body ( 2 ) is between 1.2 mm to 8.0 mm. 8. Zylinderlaufbuchse nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht (5) eine Schichtdicke von 0,25 mm bis 2,5 mm aufweist.8. Cylinder liner according to claims 1 to 7, characterized in that the cover layer ( 5 ) has a layer thickness of 0.25 mm to 2.5 mm. 9. Zylinderlaufbuchse nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht (5) eine Al-Si-Legierung ist, deren Si-Gehalt kleiner 15% ist.9. cylinder liner according to claims 1 to 8, characterized in that the cover layer ( 5 ) is an Al-Si alloy whose Si content is less than 15%. 10. Zylinderlaufbuchse nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Grundkörper (2) und der Deckschicht (5) eine Binde- Zwischenschicht (4) aufgespritzt ist.10. Cylinder liner according to claims 1 to 9, characterized in that between the base body ( 2 ) and the cover layer ( 5 ) a binding intermediate layer ( 4 ) is sprayed on. 11. Zylinderlaufbuchse nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Deckschicht (5) eine Oxidations-Schutzschicht (6) aufgespritzt ist.11. Cylinder liner according to claims 1 to 10, characterized in that an oxidation protection layer ( 6 ) is sprayed onto the cover layer ( 5 ). 12. Zylinderlaufbuches nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxidations-Schutzschicht (6) eine Schichtdicke von 0,01 mm bis 0,25 mm aufweist.12. Cylinder log according to claims 1 to 11, characterized in that the oxidation protective layer ( 6 ) has a layer thickness of 0.01 mm to 0.25 mm. 13. Zylinderlaufbuchse nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxidations-Schutzschicht (6) aus Zink oder einer Zinklegierung besteht.13. Cylinder liner according to claims 1 to 12, characterized in that the oxidation protective layer ( 6 ) consists of zinc or a zinc alloy. 14. Verfahren zur Herstellung einer Zylinderlaufbuchse zum Einsatz in ein Leichtmetallgehäuse von Brennkraftmaschinen nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein vorgefertigter metallischer Grundkörper (2) auf eine Drehvorrichtung (7) aufgespannt wird, daß auf den sich drehenden Grundkörper (2) über den gesamten Umfangswinkelbereich von 360° umlaufend eine Aluminiumlegierung in einer Dicke von 0,25 mm bis 2,5 mm gleichmäßig aufgespritzt und anschließend eine aus Zink bestehende Oxidations- Schutzschicht (6) aufgespritzt wird.14. A method for producing a cylinder liner for use in a light metal housing of internal combustion engines according to at least one of claims 1 to 13, characterized in that a prefabricated metallic base body ( 2 ) is clamped onto a rotating device ( 7 ) that on the rotating base body ( 2 ) an aluminum alloy with a thickness of 0.25 mm to 2.5 mm is sprayed uniformly over the entire circumferential angle range of 360 ° and then an oxidation protection layer ( 6 ) made of zinc is sprayed on.
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