DE102009021067B4

DE102009021067B4 - Thin-walled insert for a cylinder of a piston engine and a cylinder liner, cylinder and engine block of a piston engine, and method for their production

Info

Publication number: DE102009021067B4
Application number: DE102009021067.9A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Gillen; Rudolf Mundl
Original assignee: Federal Mogul Burscheid GmbH
Current assignee: Federal Mogul Burscheid GmbH
Priority date: 2009-05-13
Filing date: 2009-05-13
Publication date: 2015-07-30
Anticipated expiration: 2029-05-14
Also published as: DE102009021067A1

Abstract

Zylinderlaufbuchse (32), Zylinder (34) oder Motorblock (36) für eine Kolbenmaschine, mit einer an einer Zylinderinnenfläche angebrachten schraubenförmigen Steigung, wobei in die Zylinderinnenfläche eine thermisch gespritzte, dünnwandige Einlage (2) mit einer Wandstärke (8) zwischen 0,8 und 0,2 mm vollflächig einklebt ist.Cylinder liner (32), cylinder (34) or engine block (36) for a piston engine, with an attached on an inner cylinder surface helical pitch, wherein in the cylinder inner surface a thermally sprayed, thin-walled insert (2) with a wall thickness (8) between 0.8 and 0.2 mm is glued over the entire surface.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einlage für eine Verbrennungskraftmaschine, die dazu bestimmt ist, in einen Zylinder einer Kolbenmaschine wie eines Verbrennungsmotors eingeklebt zu werden sowie eine Zylinderlaufbuchse, Zylinder und Motorblock einer Kolbenmaschine, sowie eine Verfahren zu deren Herstellung.The present invention relates to an insert for an internal combustion engine, which is intended to be glued into a cylinder of a piston engine such as an internal combustion engine and a cylinder liner, cylinder and engine block of a piston engine, and a method for their preparation.

Herkömmlicherweise werden die Zylinder eines Motorblocks entweder unbehandelt gelassen, direkt beschichtet oder mit Zylinderlaufbuchsen versehen, um gewünschte Eigenschaften des Zylinders im Motorblock oder im Zylinder zu erreichen.Conventionally, the cylinders of an engine block are either left untreated, directly coated or fitted with cylinder liners to achieve desired cylinder or engine cylinder characteristics.

Es ist bisher aus der Offenlegungsschrift DE 2 140378 A bekannt, Zylinderlaufbuchsen zwischen einem Zylinderkurbelgehäuse und einem Zylinderkopf anzuordnen, wobei ein Spalt zwischen den Zylinderlaufbuchsen und dem Zylinderkurbelgehäuse zur Kühlung durch Kühlwasser verwendet werden kann. Dabei stehen die Zylinderlaufbuchsen in entsprechenden größeren Ausnehmungen von ähnlich freistehenden Zylindern mit einem gemeinsamen Zylinderkopf. Weiterhin ist in DE 2140378 offenbart, die Zylinderlaufbuchsen am unteren Rand an das Zylinderkurbelgehäuse anzukleben.It is so far from the published patent application DE 2 140378 A to arrange cylinder liners between a cylinder crankcase and a cylinder head, wherein a gap between the cylinder liners and the cylinder crankcase for cooling by cooling water can be used. The cylinder liners are in corresponding larger recesses of similar freestanding cylinders with a common cylinder head. Furthermore, in DE 2140378 disclosed to glue the cylinder liners at the bottom to the cylinder crankcase.

Aus der US Patentschrift Nr. US 2783749 A ist bekannt, ähnlich der DE 2140378 A Zylinderlaufbuchsen in einen Motorblock einzukleben, wobei im Gegensatz zu DE 2140378 A die Zylinderlaufbuchse in der US Patentschrift Nr. US 2783749 A am oberen und unteren Rand mit dem Motorblock in Verbindung steht. In der US Patentschrift Nr. US 2783749 A ist die Zylinderlaufbuchse ebenfalls größtenteils von Kühlwasser umgeben und dient im Wesentlichen als freistehender Zylinder, der nur am oberen und unteren Rand direkt mit dem Motorblock in Kontakt steht.From US Pat. No. US 2783749 A is known, similar to the DE 2140378 A Cylinder liners to glue in an engine block, in contrast to DE 2140378 A the cylinder liner in US Patent no. US 2783749 A at the top and bottom of the engine block is in communication. In US Pat. No. US 2783749 A The cylinder liner is also largely surrounded by cooling water and essentially serves as a freestanding cylinder, which is only at the top and bottom directly in contact with the engine block.

Die Patentschrift EP 0790397 B1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer Zylinderlaufbuchse für Verbrennungskraftmaschinen durch thermisches Aufspritzen von Spritzmaterial, wobei auf die Außenfläche eines als Formkörper dienenden Dorns eine erste Verschleißschicht und darauf eine Deckschicht aufgespritzt wird und anschließend die gebildete Zylinderlaufbuchse vom Dorn abgezogen wird. Diese Patenschrift offenbart insbesondere Zylinderlaufbuchsen mit Wandstärken von größer gleich 1 mm. Diese Patentschrift offenbart ebenfalls eine dreischichtigen Aufbau einer Zylinderlaufbuchse, wobei die Übergänge zwischen den einzelnen Schichten in Radialrichtung gradiert ausgeführt sein können.The patent EP 0790397 B1 discloses a method for producing a cylinder liner for internal combustion engines by thermal spraying of spray material, wherein on the outer surface of a mandrel serving as a molded body, a first wear layer and then a cover layer is injected and then the cylinder liner formed is withdrawn from the mandrel. This patent discloses in particular cylinder liners with wall thicknesses greater than or equal to 1 mm. This patent also discloses a three-layer structure of a cylinder liner, wherein the transitions between the individual layers can be performed graded in the radial direction.

In der Patentschrift EP 1087124 B1 ist ein Zylinderkurbelgehäuse für insbesondere flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschinen offenbart, das mit im Kurbelgehäuse freistehend angeordneten Zylinderbuchsen versehen ist, die jeweils, über einen Stützbund auf einer kurbelgehäuseseitigen Schulter angeordnet sind und, mittels eines kurbelwellenseitig anschließenden Zentrierbundes mit einer korrespondierenden Kurbelgehäuseausnehmung über einen Kleber in fester Verbindung stehen. Auch in der EP 1087124 B1 dienen die Zylinderbuchsen als eigenständige Zylinder und sind in der Lage alle Belastungen eines Zylinders aufzunehmen.In the patent EP 1087124 B1 is a cylinder crankcase for particular liquid-cooled internal combustion engines disclosed, which is provided with free-standing in the crankcase cylinder liners, which are arranged on a support collar on a crankcase side shoulder and stand by means of a crankshaft side subsequent Zentrierbundes with a corresponding Kurbelgehäuseausnehmung via an adhesive in a solid compound. Also in the EP 1087124 B1 The cylinder liners serve as independent cylinders and are able to absorb all loads of a cylinder.

Aus der amerikanischen Patentanmeldung US 5598818 A ist ein Verfahren zum Herstellen eines Motorblocks bekannt bei dem durch Spritzen hergestellte Laufbuchsen durch Schrumpfpassung in den Zylindern eines Motorblock befestigt werden.From the American patent application US 5598818 A For example, there is known a method of manufacturing an engine block in which syringe-made liners are shrink fit in the cylinders of an engine block.

Aus der Patentschrift DE 19845347 C1 ist eine Zylinderlaufbuchse zum Einsatz in die Zylinderbohrung eines Metallblocks bekannt, die durch thermisches Spritzen hergestellt wurde, und die an der Außenwand Wanddickenverstärkungen aufweist, die als Rippen ausgebildet sindFrom the patent DE 19845347 C1 For example, a cylinder liner for use in the cylinder bore of a metal block made by thermal spraying and having wall thickness reinforcements on the outer wall formed as ribs is known

Aus der amerikanischen Patentschrift US 6463843 B2 ist eine Pumpen-Laufbuchse bekannt die eine zylinderstumpfförmige form aufweist.From the American patent specification US 6463843 B2 is a pump liner known which has a cylindrical frustum shape.

Ausgehend von den bekannten Erfordernissen die innere Oberfläche der Zylinder von Kolbenmaschinen wie beispielsweise Verbrennungskraftmaschinen zu optimieren, ist es wünschenswert, neue Methoden und Vorrichtungen zur Verfügung zu stellen, um die Eigenschaften von Zylinderlaufflächen günstig beeinflussen zu können.Based on the known requirements of optimizing the inner surface of the cylinders of piston engines, such as internal combustion engines, it is desirable to provide new methods and devices in order to be able to favorably influence the properties of cylinder running surfaces.

Es ist ebenfalls wünschenswert, ein neues oder alternatives Verfahren bzw. eine neue oder alternative Vorrichtung zu haben, die eine Verbesserung der tribologischen Eigenschaften einer Zylinderlauffläche einer Kolbenmaschine ermöglicht.It is also desirable to have a new or alternative method or apparatus that allows for an improvement in the tribological characteristics of a cylinder liner of a reciprocating engine.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Zylinderlaufbuchse, ein Zylinder oder ein Motorblock mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 bereitgestellt. Bevorzugte Ausführungen sind in den Abhängigen Ansprüchen beschrieben. Die dünnwandige Einlage weist eine Wandstärke zwischen 0,8 und 0,2 mm auf, und ist durch thermisches Spritzen hergestellt. Die Zylinderlaufbuchse, der Zylinder oder der Motorblock für eine Kolbenmaschine, ist mit mindestens einer Zylinderinnenfläche bereitgestellt, die mit einer schraubenförmigen Steigung versehen ist, um das im Wesentlichen vollflächige Einkleben einer vorstehend beschriebenen dünnwandigen Einlage zu erleichtern. In dieser Ausführungsform würde die Zylinderlaufbuchse, der Zylinder oder der Motorblock ohne den Einbau einer entsprechenden dünnwandigen Einlage nicht verwendbar sein, da ein etwaiger Kolben einer Kolbenmaschine sich in der schraubenförmigen Steigung verklemmen würde. Die Einsatzfähigkeit wird bei dieser Ausführungsform nur durch eine in den Zylinder eingeklebte dünnwandige Einlage erreicht.According to the present invention, a cylinder liner, a cylinder or an engine block having the features of independent claim 1 is provided. Preferred embodiments are described in the dependent claims. The thin-walled insert has a wall thickness between 0.8 and 0.2 mm, and is produced by thermal spraying. The cylinder liner, cylinder or engine block for a reciprocating engine is provided with at least one in-cylinder surface provided with a helical pitch to facilitate substantially full-surface bonding of a thin-walled liner described above. In this embodiment, the cylinder liner, cylinder or engine block would not be usable without the installation of a corresponding thin-walled liner since any piston of a piston engine would jam in the helical pitch. The Serviceability is achieved in this embodiment only by a glued into the cylinder thin-walled insert.

Durch die vorliegende Erfindung kann eine dünnwandige Einlage für Zylinder von Kolbenmaschinen als Beschichtung für Zylinderlaufbuchsen geschaffen werden, die quasi als „selbstragendes Bauteil” ausgebildet ist. Im Gegensatz zu herkömmlichen Zylinderlaufbuchsen, ist die dünnwandige Einlage nicht im Stande, selbst die Belastungen im Betrieb beispielsweise eines Verbrennungsmotors aufzunehmen. Mit einer Wandstärke von weniger als einem Millimeter würde die dünnwandige Einlage bei Belastung mit den Drücken einer Verbrennung sofort bersten, wenn sie nicht durch eine Trägerstruktur wie einer Zylinderlaufbuchse, einem Zylinder oder einem Motorblock vollflächig gestützt wird. Die geringe Wandstärke bedingt zudem, dass auch die Reibungskräfte zwischen Kolben und der dünnwandigen Einlage auf den Zylinder übertragen werden sollten, was bevorzugt durch Einkleben der dünnwandigen Einlage in einen Zylinder bzw. eine Zylinderlaufbuchse erreicht werden kann.By the present invention, a thin-walled insert for cylinders of piston engines can be created as a coating for cylinder liners, which is quasi designed as a "self-supporting component". In contrast to conventional cylinder liners, the thin-walled insert is not able to absorb even the stresses during operation, for example, an internal combustion engine. With a wall thickness of less than one millimeter, the thin-walled liner would immediately burst under load with the pressures of combustion unless fully supported by a support structure such as a cylinder liner, cylinder or engine block. The low wall thickness also requires that the frictional forces between the piston and the thin-walled insert should be transferred to the cylinder, which can preferably be achieved by gluing the thin-walled insert into a cylinder or a cylinder liner.

In einer beispielhaften Ausführungsform ist die Außenfläche der dünnwandigen Einlage konisch geformt, wobei die Wandstärke am dünneren Ende zwischen 0,2 und 0,35 mm und am dickeren Ende zwischen 0,4 und 0,8 mm beträgt. Durch diese Ausgestaltung kann erreicht werden, dass sich die dünnwandige Einlage leichter in einen Zylinder oder in eine Zylinderlaufbuchse einkleben lässt. Weiterhin erleichtert eine konische Außenkontur der dünnwandigen Einlage die Verteilung eines Klebstoffes zum Einkleben der dünnwandigen Einlage zwischen der Einlage und einem Zylinder oder einer Zylinderlaufbuchse erheblich. Die dünnwandige Einlage weist eine im Wesentlichen zylindrische Innenfläche auf, während sich die Wandstärke bevorzugt von einem kurbelwellenseitigen Ende zu einem Zylinderkopfende um 0,05 bis 0,45 mm erhöht. Die Steigung der konischen Außenfläche der dünnwandigen Einlage kann beispielsweise bei einer dünnwandigen Einlage mit 100 mm Durchmesser und einer Höhe von 150 mm nicht mehr ohne weiters mit bloßem Auge erkannt werden. Die Richtung, in der sich die dünnwandige Einlage konisch verjüngt, ist einfacher an der Wandstärke der dünnwandigen Einlage zu erkennen.In an exemplary embodiment, the outer surface of the thin-walled insert is conically shaped, the wall thickness at the thinner end being between 0.2 and 0.35 mm and at the thicker end between 0.4 and 0.8 mm. By this configuration can be achieved that the thin-walled insert can be easier to stick in a cylinder or in a cylinder liner. Furthermore, a conical outer contour of the thin-walled insert considerably facilitates the distribution of an adhesive for gluing the thin-walled insert between the insert and a cylinder or a cylinder liner. The thin-walled insert has a substantially cylindrical inner surface, while the wall thickness preferably increases by 0.05 to 0.45 mm from a crankshaft end to a cylinder head end. The slope of the conical outer surface of the thin-walled insert, for example, in a thin-walled insert with 100 mm diameter and a height of 150 mm can not be readily detected with the naked eye. The direction in which the thin-walled insert tapers conically is easier to recognize by the wall thickness of the thin-walled insert.

In einer anderen beispielhaften Ausführungsform weist die dünnwandige Einlage auf der Innenseite mindestens eine Beschichtung auf, ausgewählt aus der Gruppe von Fe, Eisen-Aluminium-Legierungen (FeAL), Kupfer-Aluminium (CuAl) und oder Aluminium-Silizium-Carbid (AlSiC). Die dünnwandige Einlage kann auch weitere Schichten wie beispielsweise Einlaufschichten, Verschleißschutzschichten oder dergleichen aufweisen, die bevorzugt vor dem Material der dünnwandigen Einlage auf den Kern gespritzt werden. Diese Ausführungsform ist darauf gerichtet, der dünnwandigen Einlage eine Schichtstruktur zu verleihen, bei der unterschiedliche Schichten bzw. Beschichtungen baumringartig übereinanderliegen. Es ist jedoch ebenfalls beabsichtigt, die Schichten nur in einem Abschnitt in Axialrichtung oder in Umfangsrichtung aufzubringen. In diesem Fall können unterschiedliche Schichten nebeneinander auf der Innenfläche der dünnwandigen Einlage nebeneinander liegen. Diese Ausführungsform ist besonders geeignet, beispielsweise Bereiche, in denen Zwickelverschleiß auftritt mit verschleißreduzierenden Schichten zu versehen.In another exemplary embodiment, the thin-walled liner has on the inside at least one coating selected from the group of Fe, iron-aluminum alloys (FeAL), copper-aluminum (CuAl), and or aluminum-silicon carbide (AlSiC). The thin-walled insert may also have other layers such as inlet layers, wear protection layers or the like, which are preferably injected before the material of the thin-walled insert on the core. This embodiment is directed to imparting to the thin-walled insert a layer structure in which different layers or coatings are superposed in a tree-ring-like manner. However, it is also intended to apply the layers only in one section in the axial direction or in the circumferential direction. In this case, different layers adjacent to each other on the inner surface of the thin-walled insert next to each other. This embodiment is particularly suitable, for example, to provide regions in which gusset wear occurs with wear-reducing layers.

In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der dünnwandigen Einlage für einen Zylinder einer Kolbenmaschine verändert sich die Porengröße und/oder die Porendichte auf der Innenseite der dünnwandigen Einlage in Längsrichtung und/oder Umfangsrichtung.In another exemplary embodiment of the thin-walled insert for a cylinder of a piston engine, the pore size and / or the pore density on the inside of the thin-walled insert changes in the longitudinal direction and / or circumferential direction.

Durch eine Gestaltung der Laufbahn der Einlage mit einer gezielt gesteuerten Porengröße und/oder Porendichte kann der Verschleiß der Zylinderlaufbahn der dünnwandigen Einlage über den Kolbenhub reduziert werden. Somit ist es möglich, den Zwickelbereich (d. h. der Bereich in dem Zwickelverschleiß auftritt) mit einer größeren Porengröße (d. h. mit Mikrodruckkammern) bzw. einer höheren Porendichte zu versehen und damit dem höheren Verschleiß durch größere Flächenpressung entgegenzuwirken. Der untere Zylinderbereich kann dagegen mit kleineren bzw. keinen Poren bzw. einer reduzierten Porendichte versehen sein. Die erhöhten Porengrößen bzw. Porendichten verbessern lokal die Öladhäsion, womit der hydrodynamische Druckaufbau zwischen Kolbenring und Zylinderwand verbessert wird. Dies führt zur Senkung des Zwickelverschleißes sowie zur Reduzierung der Reibleistung.By designing the raceway of the insert with a specifically controlled pore size and / or pore density, the wear of the cylinder bore of the thin-walled insert can be reduced via the piston stroke. Thus, it is possible to provide the gusset region (i.e., the region in the gusset wear) with a larger pore size (i.e., micro-pressure chamber) or pore density and thereby counteract the higher wear due to greater surface pressure. By contrast, the lower cylinder region can be provided with smaller or no pores or a reduced pore density. The increased pore sizes or pore densities locally improve the oil adhesion, thus improving the hydrodynamic pressure build-up between the piston ring and the cylinder wall. This leads to the reduction of the gusset wear as well as to the reduction of the friction power.

Durch eine Anpassung der Mikrostruktur (der Porositäten) innerhalb einer thermisch gespritzten Laufbahn, ist es möglich die Ölrückhaltevolumina zu beeinflussen. Damit kann der Ölverbrauch einer Verbrennungskraftmaschine optimiert werden, beispielsweise indem an besonders anfälligen Bereichen nahe des oberen Totpunktes Mikrodruckkammern den Schmiervorgang aufrechterhalten, während die Hohnoberfläche (zwischen den Totpunkten oder unterhalb des oberen Totpunktes) glatt und ohne Strukturierung ausgeführt ist. Der thermische Spritzprozess kann in weniger verschleißanfälligen Bereichen bzw. in Bereichen mit einem dickeren Ölfilm so eingestellt werden, dass keine Porositäten entstehen und somit das Ölrückhaltevermögen in diesen Bereichen stark reduziert ist.By adapting the microstructure (porosities) within a thermally sprayed raceway, it is possible to influence the oil retention volumes. Thus, the oil consumption of an internal combustion engine can be optimized, for example by maintaining the lubrication process at particularly vulnerable areas near top dead center, while the mock surface (between the dead centers or below top dead center) is smooth and without structuring. The thermal spraying process can be adjusted in less susceptible areas or in areas with a thicker oil film so that no porosities arise and thus the oil retention in these areas is greatly reduced.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Zylinderlaufbuchse, ein Zylinder oder ein Motorblock für eine Kolbenmaschine, bereitgestellt die bzw. der, jeweils mindestens eine konische Zylinderinnenfläche, aufweisen, und die dazu bestimmt sind, das im Wesentlichen vollflächige Einkleben einer vorstehend beschriebenen dünnwandigen Einlage zu erleichtern. In einer Ausführungsform verjüngt sich die Innenfläche des mindestens einen Zylinders um 0,1 bis 0,6 mm, vorzugsweise um 0,2 bis 0,5 mm und weiter bevorzugt zwischen 0,3 und 0,4 mm. Eine derartig konische Zylinderinnenfläche einer Zylinderlaufbuchse, eines Zylinders oder eines Motorblocks würde unweigerlich zu Undichtigkeiten oder zum Verklemmen des Kolbens einer Kolbenmaschine führen.According to another aspect of the present invention is a cylinder liner, a cylinder or an engine block for a Piston machine provided the or each having at least one conical cylinder inner surface, and which are intended to facilitate the substantially full-surface gluing a thin-walled insert described above. In one embodiment, the inner surface of the at least one cylinder tapers by 0.1 to 0.6 mm, preferably by 0.2 to 0.5 mm and more preferably 0.3 to 0.4 mm. Such a conical cylinder inner surface of a cylinder liner, a cylinder or an engine block would inevitably lead to leaks or jamming of the piston of a piston engine.

Gemäß einem weiteren zusätzlichen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Zylinderlautbuchse für eine Kolbenmaschine bereitgestellt, die auf der Innenseite eine, wie vorstehend beschriebene dünnwandige Einlage aufweist, die im Wesentlichen vollflächig in die Zylinderlaufbuchse eingeklebt ist. Dieser Aspekt stellt lediglich die nächste Stufe der Erfindung dar, quasi eine mit einer eingeklebten dünnwandigen Einlage versehene Zylinderlaufbuchse. Diese Ausführungsform stellt eine mit einer dünnwandigen Einlage innen „beschichtete” Zylinderlaufbuchse dar. Es ist anzumerken, dass explizit die Innenfläche der Zylinderlaufbuchse, die mit der dünnwandigen Einlage verklebt ist, wie vorstehend beschrieben, konisch sein kann oder mit einer schraubenförmigen Steigung versehen sein kann.According to another additional aspect of the present invention, there is provided a cylinder barrel for a reciprocating engine having on the inner side a thin-walled liner as described above, which is bonded substantially full-surface into the cylinder liner. This aspect represents only the next stage of the invention, quasi a cylinder liner provided with a glued thin-walled liner. It is to be noted that explicitly, the inner surface of the cylinder liner bonded to the thin-walled liner as described above may be conical or provided with a helical pitch.

Gemäß einem weiteren anderen Aspekt wird ein Zylinder für eine Kolbenmaschine bereitgestellt, bei dem in den Zylinder oder in eine Zylinderlaufbuchse des Zylinders eine dünnwandige Einlage wie sie vorstehend beschrieben ist im Wesentlichen vollflächig eingeklebt ist. Es ist anzumerken, dass explizit die Zylinderinnenfläche des Zylinders, mit der die dünnwandige Einlage verklebt ist, wie vorstehend beschrieben konisch ausgeführt sein kann oder mit einer schraubenförmigen Steigung versehen sein kann.In yet another aspect, there is provided a cylinder for a reciprocating engine in which a thin-walled liner as described above is substantially fully adhered to the cylinder or cylinder liner of the cylinder. It should be noted that, as described above, the cylinder inner surface of the cylinder to which the thin-walled liner is bonded may be conical or provided with a helical pitch.

Gemäß einem weiteren anderen Aspekt wird ein Motorblock für eine Kolbenmaschine mit mindestens einem Zylinder bereitgestellt, bei dem in mindestens einem Zylinder oder in mindestens einer Zylinderlaufbuchse des Motorblocks eine dünnwandige Einlage des vorstehend beschriebenen Typs im Wesentlichen vollflächig eingeklebt ist. Es ist anzumerken, dass explizit die Zylinderinnenflächen der Zylinder des Motorblocks die mit der dünnwandige Einlage verklebt sind, wie vorstehend beschrieben konisch sein können oder auch mit einer schraubenförmigen Steigung versehen sein können.According to yet another aspect, there is provided an engine block for a reciprocating engine having at least one cylinder in which a thin-walled liner of the type described above is adhered to substantially full-surface in at least one cylinder or in at least one cylinder liner of the engine block. It should be noted that explicitly the cylinder inner surfaces of the cylinders of the engine block which are glued to the thin-walled insert can be conical as described above or can also be provided with a helical pitch.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Kolbenmaschine bereitgestellt, die mindestens eine der vorstehend beschriebenen Zylinderlaufbuchsen, mindestens einen der vorstehend beschriebenen erfinderischen Zylinder oder mindestens einen der vorstehend beschriebenen Motorblöcke mit jeweils mindestens einer eingeklebten dünnwandige Einlage des vorstehend beschriebenen Typs aufweist.According to another aspect of the present invention, there is provided a piston engine having at least one of the above-described cylinder liners, at least one of the above-described inventive cylinders, or at least one of the above-described engine blocks each having at least one bonded thin-walled liner of the type described above.

Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer dünnwandigen Einlage des vorstehend beschriebenen Typs bereitgestellt. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst das Bereitstellen eines im wesentlichen zylindrischen Kerns, das Aufspritzen einer rohrförmigen, dünnwandigen Einlage mit einer Wandstärke zwischen 0,2 und 0,8 mm auf den bereitgestellten Kern mittels thermischen Spritzens, das Entfernen des zylindrischen Kerns und das Bearbeiten der Enden und/oder der Außenfläche der dünnwandigen Einlage.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of making a thin-walled liner of the type described above. The inventive method comprises providing a substantially cylindrical core, spraying a tubular, thin-walled insert with a wall thickness between 0.2 and 0.8 mm on the provided core by means of thermal spraying, the removal of the cylindrical core and the processing of the ends and / or the outer surface of the thin-walled insert.

Insbesondere kann die Reihenfolge des Bearbeitens der Enden und/oder der Außenfläche(n) der dünnwandigen Einlage und das Entfernen des zylindrischen Kerns je nach gewählter Art der Bearbeitung ausgetauscht werden. Als thermische Spritzverfahren kommen insbesondere Schmelzbadspritzen, Lichtbogenspritzen (Drahtlichtbogenspritzen), Plasmaspritzen (unter Atmosphäre, Schutzgas oder niedrigem Druck bzw. Vakuum), Flammspritzen (als Pulverflammspritzen oder Drahtflammspritzen), Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen (mit gasförmigem oder flüssigem Brennstoff) oder Laserspritzen in Frage oder deren Kombinationen. So ist es beispielsweise vorgesehen eine innere Schicht der dünnwandigen Einlage durch Drahtlichtbogenspritzen und äußere Schichten durch Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen herzustellen.In particular, the order of machining the ends and / or the outer surface (s) of the thin-walled liner and removing the cylindrical core may be interchanged depending on the type of machining selected. In particular, molten bath spraying, arc spraying (wire arc spraying), plasma spraying (under atmosphere, inert gas or low pressure or vacuum), flame spraying (as powder flame spraying or wire flame spraying), high-velocity flame spraying (with gaseous or liquid fuel) or laser spraying are suitable as thermal spraying processes combinations. Thus, for example, it is provided to produce an inner layer of the thin-walled insert by wire arc spraying and outer layers by high-speed flame spraying.

Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen einer dünnwandigen Einlage umfasst weiter das Aufbringen mindestens einer Beschichtung ausgewählt aus einer Einlaufschicht, Schichtmaterialien wie Fe, Eisen-Aluminium-Legierungen (FeAl), Kupfer-Aluminium-Legierungen (CuAl) oder Aluminium-Silizium-Carbid (AlSiC) auf den Kern, bevor die dünnwandige Einlage aufgespritzt wird.An embodiment of the method according to the invention for producing a thin-walled insert further comprises applying at least one coating selected from an enema layer, layer materials such as Fe, iron-aluminum alloys (FeAl), copper-aluminum alloys (CuAl) or aluminum-silicon carbide ( AlSiC) on the core before the thin-walled insert is sprayed on.

Durch ein ggf. vorgesehenes Trennmittel kann die dünnwandige Einlage später leichter von dem Kern abgezogen werden, und die Einlaufschicht kann ebenfalls das Verhalten am Betriebsbeginn einer Verbrennungsmotors d. h. das Einlaufverhalten verbessern.By a possibly provided release agent, the thin-walled liner can later be easily removed from the core, and the inlet layer can also the behavior at the start of operation of an internal combustion engine d. H. improve the run-in behavior.

Aufgrund des externen Spritzens der dünnwandigen Einlage kann durch den Einsatz unterschiedlicher, den Anforderungen angepasster Schichtmaterialien wie Fe, Eisen-Aluminium-Legierungen (FeAl), Kupfer-Aluminium-Legierungen (CuAl) oder Aluminium-Silizium-Carbid (AlSiC) die Gestaltung der Laufbahn so gewählt werden, dass der Zylinderlaufbuchsenverschleiß oder besser der Verschleiß der dünnwandigen Einlage des Zylinders (bzw. der Zylinderlaufbuchse) über den Kolbenhub reduziert werden kann.Due to the external spraying of the thin-walled insert, the use of different, adapted to the requirements layer materials such as Fe, iron-aluminum alloys (FeAl), copper-aluminum alloys (CuAl) or aluminum-silicon carbide (AlSiC) Design of the raceway be chosen so that the cylinder liner wear or better the wear of the thin-walled insert of the cylinder (or the cylinder liner) can be reduced via the piston stroke.

In einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer dünnwandigen Einlage, wird diese konisch auf den Kern aufgespritzt, wobei die Wandstärke am dünneren Ende zwischen 0,2 und 0,35 mm und am dickeren Ende zwischen 0,4 und 0,8 mm beträgt. Der Kern und somit die Innenfläche der dünnwandigen Einlage wird zylindrisch ausgeführt, und die konische Form der dünnwandigen Einlage entsteht durch eine sich von einem zum anderen Ende der Einlage erhöhende Wanddicke. Die konische Form kann einfach dadurch erzielt werden, dass ein Ende des Kerns länger dem thermischen Spritzen unterworfen wird als das andere.In another embodiment of the method according to the invention for producing a thin-walled insert, it is injection-molded conically onto the core, wherein the wall thickness at the thinner end is between 0.2 and 0.35 mm and at the thicker end between 0.4 and 0.8 mm , The core and thus the inner surface of the thin-walled insert is made cylindrical, and the conical shape of the thin-walled insert is formed by a wall thickness increasing from one end of the insert to the other. The conical shape can be achieved simply by subjecting one end of the core to thermal spraying for longer than the other.

In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen einer dünnwandigen Einlage wird der thermische Spritzvorgang in einer Weise gesteuert, dass sich die Porengröße und/oder die Porendichte auf der Innenseite der dünnwandigen Einlage in Längsrichtung und/oder Umfangsrichtung verändert.In a further exemplary embodiment of the method for producing a thin-walled insert, the thermal spraying process is controlled in such a way that the pore size and / or the pore density on the inside of the thin-walled insert changes in the longitudinal direction and / or circumferential direction.

Aufgrund des externen Spritzen der dünnwandigen Einlage können durch den Einsatz unterschiedlicher, den Anforderungen angepasster Spritzparameter die Porengröße und die Porendichte der Laufbahn (bzw. der Innenfläche der Einlage) gezielt gesteuert bzw. beeinflusst werden. Eine optimierte Porengröße und eine optimierte Porendichte können den Verschleiß der dünnwandigen Einlage über den Kolbenhub signifikant reduzieren. Somit ist es beispielsweise möglich, den Zwickelbereich (d. h. der Bereich der Zylinder- bzw. Einlagenlauffläche an dem im Bereich des oberen Totpunktes ein Zwickelverschleiß auftritt) mit einer größeren Porengröße bzw. einer höheren Porendichte zu versehen und damit dem höheren Verschleiß durch größere Flächenpressung entgegenzuwirken. Der untere Zylinderbereich kann dagegen mit kleineren bzw. keinen Poren bzw. einer reduzierten Porendichte versehen werden. Die größeren Poren bzw. die größere Porendichte verbessert lokal die Öladhäsion, womit der hydrodynamische Druckaufbau zwischen Kolbenring und Zylinderwand verbessert wird. Dies führt zur Senkung des Zwickelverschleißes sowie zur Reduzierung der Reibleistung.Due to the external spraying of the thin-walled insert, the pore size and the pore density of the raceway (or the inner surface of the insert) can be selectively controlled or influenced by the use of different injection parameters adapted to the requirements. An optimized pore size and an optimized pore density can significantly reduce the wear of the thin-walled insert via the piston stroke. Thus, for example, it is possible to provide the gusset region (i.e., the region of the cylinder or insert race surface at which gusset wear occurs in the region of top dead center) with a larger pore size or a higher pore density and thus counteract the higher wear due to greater surface pressure. By contrast, the lower cylinder region can be provided with smaller or no pores or a reduced pore density. The larger pores or the larger pore density locally improves the oil adhesion, whereby the hydrodynamic pressure build-up between piston ring and cylinder wall is improved. This leads to the reduction of the gusset wear as well as to the reduction of the friction power.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Zylinderlaufbuchse, eines erfindungsgemäßen Zylinders oder eines erfindungsgemäßen Motorblocks mit mindestens einem Zylinder einer Kolbenmaschine bereitgestellt. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst dabei das im Wesentliche vollflächige Einkleben einer dünnwandigen Einlage des vorstehend beschriebenen Typs in die Zylinderlaufbuchse, den Zylinder, die Zylinderlaufbuchse des Zylinders, oder in den mindestens einen Zylinder, oder in mindestens eine Zylinderlaufbuchse des Motorblocks.According to a further aspect of the present invention, a method for producing a cylinder liner according to the invention, a cylinder according to the invention or an engine block according to the invention with at least one cylinder of a piston engine is provided. The method according to the invention comprises the substantially full-surface gluing a thin-walled insert of the type described above in the cylinder liner, the cylinder, the cylinder liner of the cylinder, or in the at least one cylinder, or in at least one cylinder liner of the engine block.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren von beispielhaften Ausführungsformen erläutert, die lediglich zur Veranschaulichung der Erfindung dienen sollen und nicht dazu bestimmt sind, den Schutzbereich der Erfindung, wie er in den Ansprüchen definiert ist einzuschränken. Die Figuren sind insbesondere nicht maßstabgerecht sondern stellen die Erfindung lediglich schematisch dar.In the following, the invention will be elucidated on the basis of figures of exemplary embodiments, which are merely intended to illustrate the invention and are not intended to limit the scope of protection of the invention as defined in the claims. In particular, the figures are not to scale but merely illustrate the invention schematically.

1 zeigt einen Querschnitt durch einen herkömmliches Motorgehäuse mit einer eingeklebten erfindungsgemäßen dünnwandigen Einlage. 1 shows a cross section through a conventional motor housing with a glued in accordance with the invention thin-walled insert.

2 zeigt einen Querschnitt durch ein herkömmliche Zylinderlaufbuche mit einer eingeklebten erfindungsgemäßen dünnwandigen Einlage. 2 shows a cross section through a conventional cylinder liner with a glued in accordance with the invention thin-walled insert.

3 bis 4 zeigen verschiedene Querschnittsansichten durch die Wand verschiedener herkömmlicher Zylinder mit eingeklebten, erfindungsgemäßen dünnwandigen Einlagen. 3 to 4 show various cross-sectional views through the wall of various conventional cylinders with glued, thin-walled inserts according to the invention.

5 zeigt eine Querschnittsansicht durch die Wand eines erfindungsgemäßen Zylinders mit eingeklebter, erfindungsgemäßer dünnwandiger Einlage. 5 shows a cross-sectional view through the wall of a cylinder according to the invention with glued, inventive thin-walled insert.

6 zeigt eine Querschnittsansicht durch eine herkömmliche Zylinderlaufbuche mit einer eingeklebten erfindungsgemäßen dünnwandigen Einlage mit Abschnittsweise unterschiedlicher Porengröße bzw. Porendichte. 6 shows a cross-sectional view through a conventional cylinder liner with a glued in accordance with the invention thin-walled insert with sections of different pore size or pore density.

1 zeigt eine Teilquerschnittsansicht durch ein herkömmliches Motorgehäuse 16, einen herkömmlichen Motorblock 16 oder einen herkömmlichen Zylinder 14 mit einer eingeklebten dünnwandigen Einlage 2. Die Wandstärke 8 der dünnwandigen Einlage 2 beträgt zwischen 0,2 und 0,8 mm und ist in der Figur nicht maßstabsgerecht sondern nur schematisch wiedergegeben. Die dünnwandige Einlage 2 ist mit einem Klebespalt 10 von 30 bis 50 μm mit dem Motorblock 16 bzw. dem Zylinder 14 verklebt. Der Klebespalt 10 ist ebenfalls nicht maßstabgerecht, sondern nur schematisch wiedergegeben. Der Motorblock 16 bzw. der Zylinder 14 ist mit Kühlwasserkanälen 42 versehen, die neben der Zylinderbohrung dargestellt sind. 1 shows a partial cross-sectional view through a conventional motor housing 16 , a conventional engine block 16 or a conventional cylinder 14 with a glued thin-walled insert 2 , The wall thickness 8th the thin-walled insert 2 is between 0.2 and 0.8 mm and is not to scale in the figure but only schematically shown. The thin-walled insert 2 is with a glue gap 10 from 30 to 50 μm with the engine block 16 or the cylinder 14 bonded. The glue gap 10 is also not to scale, but only shown schematically. The engine block 16 or the cylinder 14 is with cooling water channels 42 provided, which are shown next to the cylinder bore.

2 zeigt einen Querschnitt durch eine herkömmliche Zylinderlaufbuche 12 mit einer eingeklebten erfindungsgemäßen dünnwandigen Einlage 2. Der Aufbau entspricht dem der 1, mit dem Unterschied, dass die dünnwandige Einlage 2 nicht mit einem Zylinder 14 sondern mit einer Zylinderlaufbuche 12 verklebt ist. 2 shows a cross section through a conventional cylinder liner 12 with a glued-in thin-walled insert according to the invention 2 , The structure corresponds to that of 1 , with the difference that the thin-walled insert 2 not with a cylinder 14 but with a cylinder liner 12 is glued.

3 zeigt eine Querschnittsansicht durch die Wand eines Zylinders 24, eines Motorblocks 26 bzw. -gehäuses oder einer Zylinderlaufbuche 22, die jeweils eine konische Zylinderbohrung aufweisen. Durch die konische Zylinderbohrung ist es einfacher möglich, die dünnwandige Einlage 2 mit der konischen Zylinderbohrung zu verkleben, insbesondere wird es vereinfacht, die dünnwandigen Einlagen 2 in die Zylinderbohrung eines Zylinders 24, eines Motorblocks 26 bzw. -gehäuses oder einer Zylinderlaufbuche 22 einzuführen. In 3 wird der Ausgleich zwischen der konischen Zylinderbohrung und der zylinderförmigen Außenfläche der dünnwandigen Einlage 2 durch einen konischen Klebespalt 6, 10 erreicht. Der Klebespalt 6, 10 bildet in 3 einen Hohlkegelstumpf mit zylindrischer Innenfläche. Zur Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit kann der in 4 verwendete Klebstoff 6 beispielsweise mit Aluminium-, Kupfer-, oder Graphitpartikeln angereichert sein. 3 shows a cross-sectional view through the wall of a cylinder 24 , an engine block 26 or housing or a cylinder liner 22 , each having a conical cylinder bore. Due to the conical cylinder bore, it is easier possible, the thin-walled insert 2 To glue with the conical cylinder bore, in particular it is simplified, the thin-walled deposits 2 into the cylinder bore of a cylinder 24 , an engine block 26 or housing or a cylinder liner 22 introduce. In 3 is the balance between the conical cylinder bore and the cylindrical outer surface of the thin-walled insert 2 through a conical adhesive gap 6 . 10 reached. The glue gap 6 . 10 forms in 3 a hollow truncated cone with a cylindrical inner surface. To improve the thermal conductivity of the in 4 used adhesive 6 for example, be enriched with aluminum, copper, or graphite particles.

4 zeigt eine Querschnittsansicht durch die Wand eines Zylinders 24, eines Motorblocks 26 bzw. -gehäuses oder einer Zylinderlaufbuche 22, die jeweils eine konische Zylinderbohrung aufweisen. Durch die konische Zylinderbohrung ist es einfacher möglich, die dünnwandige Einlage 2 mit der konischen Zylinderbohrung zu verkleben, insbesondere wird es vereinfacht die dünnwandigen Einlagen in die Zylinderbohrung eines Zylinders 24, eines Motorblocks 26 bzw. -gehäuses oder einer Zylinderlaufbuche 22 einzuführen. In 4 wird der Ausgleich zwischen der konischen Zylinderbohrung und der zylinderförmigen Innenfläche der dünnwandigen Einlage 4 durch eine dünnwandige Einlage 4 mit konischer Außenfläche erzielt. Die in 4 dargestellte dünnwandige Einlage 4 bildet einen Hohlkegelstumpf mit zylindrischer Innenfläche. Die konische dünnwandige Einalge 4 ist nur leicht konisch, wobei sich die Wanddicke zwischen oberem und unteren Ende der dünnwandigen Einlage nur um einen Betrag zwischen 0,1 und 0,6 mm ändert. Damit ändert sich der Außendurchmesser der dünnwandigen Einlage 4 zwischen dem oberen und dem unteren Ende der Einlage 4 um 0,2 bis 1,2 mm. Der Klebespalt 6, 10 bildet in 4 einen Hohlkegelstumpf mit im Wesentlichen konstanter Wandstärke 10. In 4 kann auf eine Anreicherung des Klebstoffs 6 mit Aluminium-, Kupfer-, oder Graphitpartikeln zur Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit verzichtet werden, da ein konstant kleiner Klebespalt 10 von 30 bis 50 μm erzielt werden kann. 4 shows a cross-sectional view through the wall of a cylinder 24 , an engine block 26 or housing or a cylinder liner 22 , each having a conical cylinder bore. Due to the conical cylinder bore, it is easier possible, the thin-walled insert 2 To bond with the conical cylinder bore, in particular it is simplified, the thin-walled deposits in the cylinder bore of a cylinder 24 , an engine block 26 or housing or a cylinder liner 22 introduce. In 4 is the balance between the conical cylinder bore and the cylindrical inner surface of the thin-walled insert 4 through a thin-walled insert 4 achieved with conical outer surface. In the 4 illustrated thin-walled insert 4 forms a hollow truncated cone with a cylindrical inner surface. The conical thin-walled alga 4 is only slightly conical, wherein the wall thickness between the upper and lower end of the thin-walled insert changes only by an amount between 0.1 and 0.6 mm. This changes the outer diameter of the thin-walled insert 4 between the top and bottom of the insert 4 by 0.2 to 1.2 mm. The glue gap 6 . 10 forms in 4 a hollow truncated cone with a substantially constant wall thickness 10 , In 4 may be due to an accumulation of the adhesive 6 With aluminum, copper, or graphite particles to improve the thermal conductivity are omitted, since a constantly small adhesive gap 10 can be achieved from 30 to 50 microns.

In 5 ist eine Querschnittsansicht durch die Wand eines erfindungsgemäßen Zylinders, eines erfindungsgemäßen Motorblocks bzw. -gehäuses oder einer erfindungsgemäßen Zylinderlaufbuche gezeigt, mit deren Zylinderinnenfläche eine dünnwandige Einlage 2 vollflächig verklebt ist. Die Innenfläche der Zylinderbohrung ist mit einer schraubenförmigen Steigung 44 versehen, um den Klebevorgang d. h. das Einbringen der dünnwandigen Einlage 2 zu unterstützen. Es ist nur eine Seite der Zylinderbohrung dargestellt, und die schraubenförmige Steigung 44 ist angedeutet. Es sollte klar sein, dass die schraubenförmige Steigung 44 nur schematisch dargestellt ist. Bevorzugt kann die schraubenförmige Steigung 44 auch mit einer konischen Zylinderbohrung kombiniert werden, wobei dann bevorzugt eine konische dünnwandige Einlage 4 verwendet wird wie sie beispielsweise in 4 dargestellt ist. Wie in 3 kann auch hier der Klebstoff 6 mit Aluminium-, Kupfer-, oder Graphitpartikeln angereichert sein, um den Wärmetransport von der dünnwandigen Einlage zu einem Zylinder 23, einem Motorblock 36 bzw. -gehäuse oder einer Zylinderlaufbuchse 32 zu verbessern.In 5 is a cross-sectional view through the wall of a cylinder according to the invention, an engine block or housing according to the invention or a cylinder liner according to the invention shown, with the cylinder inner surface a thin-walled insert 2 glued over the entire surface. The inner surface of the cylinder bore is with a helical pitch 44 provided to the bonding process ie the introduction of the thin-walled insert 2 to support. Only one side of the cylinder bore is shown, and the helical pitch 44 is indicated. It should be clear that the helical pitch 44 is shown only schematically. Preferably, the helical pitch 44 be combined with a conical cylinder bore, in which case preferably a conical thin-walled insert 4 is used as for example in 4 is shown. As in 3 can also be the glue here 6 enriched with aluminum, copper, or graphite particles, to transfer heat from the thin-walled insert to a cylinder 23 , an engine block 36 or housing or a cylinder liner 32 to improve.

6 zeigt eine Querschnittsansicht durch die Wand eines herkömmlichen Zylinders 14, eines Motorblocks 16 bzw. -gehäuses oder einer Zylinderlaufbuche 12 mit einer eingeklebten dünnwandigen Einlage 2. Die dünnwandige Einlage 2 ist im oberen Bereich 20 mit größeren Poren und/oder einer größeren Porendichte oder speziellen Schichtmaterialien versehen. Durch den Einsatz unterschiedlicher, den Anforderungen angepasster Schichtmaterialien (Fe, FeAl, CuAl, AlSiC...) bzw. der Gestaltung der Laufbahn durch gezielt gesteuerte Porengrößen kann der Zylinderlaufbuchsenverschleiß über den Kolbenhub signifikant reduziert werden. Somit ist es möglich, den Zwickelbereich (d. h. den Bereich einer Zylinderlauffläche an dem Zwickelverschleiß auftritt) mit einer größeren Porengröße (Mikrodruckkammern) bzw. einer höheren Porendichte zu versehen und damit dem höheren Verschleiß durch größere Flächenpressung entgegenzuwirken. Der untere Bereich der Zylinderlauffläche (der dünnwandigen Einlage) kann dagegen mit kleineren/keinen Poren bzw. einer reduzierten Porendichte versehen oder einem einfacheren Schichtmaterial versehen sein. Die größeren Poren bzw. die höhere Porendichte verbessert lokal die Öladhäsion, womit der hydrodynamische Druckaufbau zwischen Kolbenring und Zylinderwand verbessert werden kann. Dies führt zur Senkung des Zwickelverschleißes sowie zur Reduzierung der Reibungsverluste. 6 shows a cross-sectional view through the wall of a conventional cylinder 14 , an engine block 16 or housing or a cylinder liner 12 with a glued thin-walled insert 2 , The thin-walled insert 2 is in the upper range 20 provided with larger pores and / or a larger pore density or special layer materials. Through the use of different coating materials (Fe, FeAl, CuAl, AlSiC ...) adapted to the requirements or the design of the raceway through specifically controlled pore sizes, cylinder liner wear can be significantly reduced via the piston stroke. Thus, it is possible to provide the gusset region (ie the region of a cylinder surface at the gusset wear) with a larger pore size (micro-pressure chambers) or a higher pore density and thus counteract the higher wear by larger surface pressure. By contrast, the lower region of the cylinder running surface (the thin-walled insert) can be provided with smaller / no pores or a reduced pore density or can be provided with a simpler layer material. The larger pores or the higher pore density locally improves the oil adhesion, whereby the hydrodynamic pressure build-up between piston ring and cylinder wall can be improved. This leads to the reduction of gusset wear and to the reduction of friction losses.

Durch Anpassung der Mikrostruktur (wie Porenzahl und Porendichte) innerhalb einer thermisch gespritzten Laufbahn, ist es möglich, das Ölrückhaltevermögen der Oberfläche zu beeinflussen. Damit wird wiederum der Ölverbrauch optimiert, d. h. in besonders anfälligen Bereichen (z. B. am oberen Totpunkt) können Mikrodruckkammern (Poren) den Schmiervorgang aufrechterhalten während der gehonte Teil der Zylinderlauffläche glatt und ohne Strukturierung ausgeführt sein kann. Der Spritzprozess kann in weniger verschleißanfälligen Bereichen bzw. in Bereichen mit einem dickeren Ölfilm so eingestellt werden, dass keine Poren entstehen und somit das Ölhaltefähigkeit stark reduziert wird.By adapting the microstructure (such as pore number and pore density) within a thermally sprayed raceway, it is possible to influence the oil retention capacity of the surface. This in turn optimizes oil consumption, ie. H. In particularly vulnerable areas (eg at top dead center), micro-pressure chambers (pores) can maintain the lubrication process while the honed part of the cylinder surface can be made smooth and without structuring. The spraying process can be adjusted in less susceptible areas or in areas with a thicker oil film so that no pores are formed and thus the oil retention capacity is greatly reduced.

Es wird hier explizit darauf hingewiesen, dass die in 6 dargestellte Porenverteilung auch bei der dünnwandigen Einlage sie in 5 dargestellt ist, verwendet werden kann.It is explicitly stated here that the in 6 shown pore distribution even in the thin-walled insert they in 5 is shown, can be used.

Diese Erfindung kann im automotiven Bereich und bei mittelschnell-laufenden Dieselmotoren sowie in industriellen Anwendungen wie stationären Motoren/Generatoren/Notstromgeneratoren eingesetzt werden.This invention can be used in the automotive and medium speed diesel engine industries as well as in industrial applications such as stationary motor / generator / backup generators.

Die Einlage wird mittels thermischen Spritzens erzeugt. Vorzugsweise kann Lichtbogen-Drahtspritzverfahren verwendet werden. Mit der vorliegenden Erfindung können sowohl verschiedene Werkstoffe für Laufflächenabschnitte zwischen oberen und unteren Totpunkt als auch Variationen der Mikrostruktur innerhalb der Schicht (Porositäten, Härte), durch Variation der Spritzprozessparameter zwischen oberem und unterem Totpunkt zum Einsatz kommen.The insert is produced by thermal spraying. Preferably, arc wire spraying may be used. With the present invention, both different materials for tread portions between top and bottom dead center as well as variations of the microstructure within the layer (porosities, hardness), by varying the injection process parameters between top and bottom dead center are used.

Die so hergestellte Einlage mit einer maximalen Wandstärke 8 von 0,8 mm und vorzugsweise einer minimalen Wandstärke 8 von 0,2 mm, kann sowohl in Aluminium-Motorblöcken (oder Zylindern) als auch in Zylinderlaufbuchsen 12 eingesetzt werden. Die Verbindung mit der Zylinderbohrung erfolgt durch einen Klebevorgang. Der Klebstoff 6 selbst kann ein Einkomponentenkleber auf Methacrylatbasis mit anaerober Aushärtung, oder ein Zweikomponentenkleber auf Epoxidharzbasis sein. Erforderlich sind eine gute Fließeigenschaft (mit einer Viskosität nach DIN 54 453 < 400 mPa s bzw. < 1000 thix mPa s Brookfield), um Klebespalte von weniger als 100 μm, und bevorzugt zwischen 30–50 μm, erreichen zu können. Es ist vorgesehen einen Kompositklebstoff mit einem gut leitenden Füllstoff z. B. Aluminium, Kupfer, Graphit zu verwenden, um die Wärmeleitfähigkeit der Klebeschicht zu verbessern. Um eine gute Klebeverbindung zu erzielen, wird eine Kalt-Aushärtung bevorzugt, wobei Warm-Aushärtung ebenfalls möglich ist, da die Kolbenmaschine als Verbrennungsmotor ebenfalls höheren Temperaturen ausgesetzt wird. Die Oberflächen der Klebeteile (d. h. die Außenfläche der dünnwandigen Einlage, und die Zylinderbohrung des Motorblocks oder der Zylinderlaufbuchse 12), welche mit dem Klebstoff in Kontakt kommen, sollten eine Rauhigkeit kleiner Rz 63, vorzugsweise kleiner Rz 25 aufweisen. Dabei ist es denkbar, das Gegenstück zur Einlage innerhalb der oben beschriebenen Rauhigkeit mit einer schraubenförmigen Steigung zu versehen, um den Klebevorgang dh Einbringung der Einlage zu unterstützen.The insert thus produced with a maximum wall thickness 8th of 0.8 mm and preferably a minimum wall thickness 8th of 0.2 mm, can be used both in aluminum engine blocks (or cylinders) and in cylinder liners 12 be used. The connection with the cylinder bore is made by a gluing process. The adhesive 6 itself may be a methacrylate-based one-component adhesive with anaerobic cure, or a two-component adhesive based on epoxy resin. Required are a good flow properties (with a viscosity according to DIN 54 453 <400 mPa s or <1000 thix mPa s Brookfield) in order to achieve adhesive gaps of less than 100 microns, and preferably between 30-50 microns. It is intended a composite adhesive with a good conductive filler z. As aluminum, copper, graphite to use to improve the thermal conductivity of the adhesive layer. In order to achieve a good adhesive bond, cold curing is preferred, whereby hot curing is also possible since the internal combustion engine is also exposed to higher temperatures. The surfaces of the adherends (ie, the outer surface of the thin-walled liner, and the cylinder bore of the engine block or cylinder liner 12 ) which come in contact with the adhesive should have a roughness of less than 63, preferably less than 25. It is conceivable to provide the counterpart to the insert within the roughness described above with a helical pitch in order to support the bonding process, ie insertion of the insert.

Zum Einsatz in einem Verbrennungsmotor mit hohen Zylindertemperaturen sollte eine Klebeverbindung gewählt werden, deren Temperaturbeständigkeit über 200°C liegt. Der so entstandene Klebeverbund sollte eine Haftabzugskraft von min. 20 N/mm² aufweisen. Das Einbringen der Einlage in das Motorgehäuse bzw. in eine Zylinderlaufbuchse 12 erfolgt idealerweise in einer schraubenförmigen Bewegung um eine bessere und gleichmäßigere Verteilung des Klebstoffes auf den Kontaktflächen zu erzielen.For use in an internal combustion engine with high cylinder temperatures, an adhesive bond should be selected whose temperature resistance is above 200 ° C. The resulting adhesive bond should have a peel force of min. 20 N / mm ² . The introduction of the insert into the motor housing or in a cylinder liner 12 ideally, it is done in a helical motion to achieve a better and more uniform distribution of the adhesive on the contact surfaces.

Durch das Einkleben der dünnwandigen Einlage lässt sich eine Verbesserung der Spannungsverteilung im Gehäuse im Vergleich zu durch thermisches Fügen oder mit Presspassung zusammengefügten Motorblock/Zylinderlaufbuchsen-Paarungen erreichen. Diese Verbesserung wirkt sich besonders im Stegbereich zwischen zwei benachbarten Zylindern aus. Gegenüber einer thermischen Einbringung wie z. B. Schweißen oder Löten treten bei dem Verkleben auf Grund der fehlenden Temperaturbelastung keine Gefügeveränderungen oder Verspannungen im Bauteil auf. Kleine Klebespalte eigenen sich zudem, um Relativbewegungen (Schubbeanspruchungen) abzugleichen und somit weitere Spannungen, die durch „Bimetalleffekte” zwischen der dünnwandigen Einlage und dem Zylinder, dem Motorblock oder der Zylinderlaufbuchse 12 hervorgerufen werden, zu reduzieren.By gluing the thin-walled insert, an improvement in the stress distribution in the housing can be achieved in comparison to engine block / cylinder liner pairings assembled by thermal joining or press-fitting. This improvement is particularly effective in the land area between two adjacent cylinders. Compared to a thermal introduction such. B. welding or soldering occur in the bonding due to the lack of temperature stress no structural changes or tensions in the component. Small adhesive gaps are also suitable to compensate for relative movements (shear stresses) and thus other stresses caused by "bimetallic effects" between the thin-walled liner and the cylinder, the engine block or the cylinder liner 12 be caused to reduce.

Die Fertigungskosten von thermisch gespritzten Zylinderlaufbuchsen werden vom eingesetzten Beschichtungswerkstoff und in entscheidender Weise von der Wandstärke 8 der hergestellten Zylinderlaufbuchsen beeinflusst. Im Gegensatz zu herkömmlichen Zylinderlaufbuchsen, die als einzugießende Buchse ausgeführt sind, wird die erfindungsgemäße dünnwandige Einlage 2 mit einer Wandstärke 8 von nur 0,2 bis 0,8 mm hergestellt. Da durch das Einkleben der Einklage in ein Gehäuse oder Zylinderlaufbuchse 12 keine Verzüge wie z. B. beim Eingießen auftreten, kann die Wandstärke 8 der dünnwandigen Einlage 2 im Gegensatz zu einer herkömmlichen Zylinderlaufbuchse um ein vielfaches dünner und damit auch kostengünstiger sein.The production costs of thermally sprayed cylinder liners are determined by the coating material used and, crucially, by the wall thickness 8th influenced the cylinder liners. In contrast to conventional cylinder liners, which are designed as einzugießende bush, the thin-walled insert according to the invention 2 with a wall thickness 8th manufactured from only 0.2 to 0.8 mm. As by sticking the complaint in a housing or cylinder liner 12 no delays such. B. occur during pouring, the wall thickness 8th the thin-walled insert 2 in contrast to a conventional cylinder liner to be many times thinner and therefore cheaper.

Im Gegensatz zu Innenbeschichtungen, können diese extern gespritzten dünnwandigen Einlagen wesentlich einfacher und prozesssicherer hergestellt werden. Auf Grund des Einklebens und des Klebespalts kann auf einen hochgenauen Fügeprozess verzichtet werden.In contrast to internal coatings, these externally sprayed thin-walled inserts can be made much easier and more reliable. Due to the gluing and the adhesive gap can be dispensed with a high-precision joining process.

Claims

Cylinder liner ( 32 ), Cylinder ( 34 ) or engine block ( 36 ) for a piston engine, having a helical pitch attached to a cylinder inner surface, wherein in the cylinder inner surface a thermally sprayed, thin-walled insert ( 2 ) with a wall thickness ( 8th ) between 0.8 and 0.2 mm is glued over the entire surface.

Cylinder liner ( 32 ), Cylinder ( 34 ) or engine block ( 36 ) according to claim 1, characterized in that the outer surface of the thin-walled insert ( 2 ) is conical, the wall thickness ( 8th ) is between 0.2 and 0.35 mm at the thinner end and between 0.4 and 0.8 mm at the thicker end.

Cylinder liner ( 32 ), Cylinder ( 34 ) or engine block ( 36 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the thin-walled insert ( 2 ) has on the inside at least one coating which is selected from the group consisting of an inlet layer, Fe, FeAl, CuAl and / or AlSiC.

Cylinder liner ( 32 ), Cylinder ( 34 ) or engine block ( 36 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the pore size and / or the pore density on the inside of the thin-walled insert changes in the longitudinal direction and / or circumferential direction.

Piston engine characterized by at least one cylinder liner ( 32 ), a cylinder ( 34 ) or an engine block ( 36 ) according to any one of claims 1-4.

Method for producing a cylinder liner ( 32 ), a cylinder ( 34 ) or engine blocks ( 36 ) for a piston machine with a thin-walled insert ( 2 . 4 ) according to one of claims 1 to 4, comprising: - providing a substantially cylindrical core, - spraying a tubular, thin-walled insert ( 2 . 4 ) on the provided core by means of thermal spraying, so that the thin-walled insert ( 2 . 4 ) a wall thickness ( 8th ) between 0.2 and 0.8 mm, removing the cylindrical core, and machining the ends and / or the outer surface of the thin-walled insert ( 2 . 4 ), characterized by providing a cylinder liner ( 32 ), a cylinder ( 34 ) or an engine block ( 36 ) with at least one cylinder of a piston engine, wherein a cylinder inner surface has a helical pitch, and - full-surface gluing the thin-walled insert ( 2 . 4 ) in the cylinder inner surface of the cylinder liner ( 32 ), of the cylinder ( 34 ) or in the cylinder inner surfaces of the engine block ( 36 ).

Method for producing a cylinder liner ( 32 ), a cylinder ( 34 ) or engine blocks ( 36 ) for a piston machine with a thin-walled insert ( 2 . 4 ) according to claim 6, further comprising applying at least one coating selected from an enema layer, Fe, FeAl, CuAl, AlSiC, to the core before the thin-walled insert ( 2 . 4 ) is sprayed on.

Method for producing a cylinder liner ( 32 ), a cylinder ( 34 ) or engine blocks ( 36 ) for a piston machine with a thin-walled insert ( 4 ) according to claim 6 or 7, characterized in that the thin-walled insert ( 4 ) is sprayed conically onto the core, wherein the wall thickness ( 8th ) is between 0.2 and 0.35 mm at the thinner end and between 0.4 and 0.8 mm at the thicker end.

Method for producing a cylinder liner ( 32 ), a cylinder ( 34 ) or engine blocks ( 36 ) for a piston machine with a thin-walled insert ( 2 . 4 ) according to one of claims 6 to 8, wherein the thermal spraying process is controlled in a manner such that the pore size and / or the pore density on the inside of the thin-walled insert ( 2 . 4 ) changed in the longitudinal direction and or circumferential direction.