DE19753017A1 - Zylinderlaufbuchse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine in Leichtmetallegierung eingießbare Zylinderlaufbuchse mit an der äußeren Umfangsfläche ausgebildeter, insbesondere im wesentlichen in Umfangsrichtung erstreckter und durch spanende Bearbeitung oder Umformen hergestellter makroskopischer Oberflächenstruktur.

Es ist bekannt, zum Verklammern von Zylinderlaufbuchsen im Umguß diese mit in Längsrichtung Hinterschnitte bildenden makroskopischen Oberflächenstrukturen zu versehen. Hierdurch wird weitestgehend verhindert, daß sich die Laufbuchse in axialer Richtung vom Zylinderblock löst. Hierfür wurden offene rillenförmige Strukturen in Umfangsrichtung auf die Laufbuchse aufgeschnitten. Bei derartigen Laufbuchsen besteht aber das Problem einer Ablösung des Umgusses in radialer Richtung. Es hat sich gezeigt, daß besonders bei radialer Krafteinwirkungsrichtung Anbindungsprobleme auftreten.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Anbindung einer Zylinderlaufbuchse im Umguß zu verbessern.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch eine Zylinderlaufbuchse gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Oberflächenstruktur so ausgebildet ist, daß sie in radialer Richtung der Zylinderlaufbuchse gezielt Hinterschnitte bildet.

Diese Hinterschnitte führen bei Zylinderlaufbuchsen auf Eisenbasis zu einer zusätzlichen Verklammerung im Umguß und bei Zylinderlaufbuchsen auf Leichtmetallbasis zu einer besseren Verklammerung sowie zur Erhöhung des Anteils metallurgischer Bindung.

Diese Hinterschnitte sind durch gezielte spanabhebende Bearbeitung oder auch durch einen Umformvorgang, wie z. B. Drückwalzen, herstellbar. Unregelmäßige Hinterschnitte, wie sie gegebenenfalls durch Sprühen oder Strahlen erzeugt werden können, werden nicht unter dem Begriff einer gezielt hergestellten makroskopischen Oberflächenstruktur subsumiert.

Es hat sich gezeigt, daß mit der erfindungsgemäßen Ausbildung von Zylinderlaufbuchsen Anbindungs- und Ablösungsprobleme im Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine wesentlich verringert werden konnten.

Die gezielt hergestellte makroskopische Oberflächenstruktur kann in Form von vorzugsweise in Umfangsrichtung erstreckten Nuten oder auch von spiralförmigen Gewindegängen gebildet sein. Die Steigung der Gewindegänge beträgt vorzugsweise 1 bis 4 mm. In besonders vorteilhafter Ausbildung der Erfindung umfaßt die Umfangsfläche der Zylinderlaufbuchse eine Kombination von Links- und Rechtsgewindegängen.

Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, wenn die Tiefe der Oberflächenstruktur 0,3 bis 2 mm, vorzugsweise 0,5 bis 1,2 mm, beträgt.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Zylinderlaufbuchse ist gekennzeichnet durch die Nuten- oder Gewindestruktur bildende Flankenabschnitte, die in einer Längsschnittebene der Zylinderlaufbuchse zwischen 0 und 30°, vorzugsweise zwischen 15 und 25°, und ganz besonders vorteilhafter Weise etwa 25° zur radialen Richtung der Zylinderlaufbuchse geneigt sind.

Die Flankenabschnitte könnten ans ich parallel zueinander verlaufen, d. h. zur radialen Richtung denselben Winkel einschließen. Demgegenüber wird eine Trapezform mit unterschiedlichen Neigungswinkeln zur radialen Richtung bevorzugt. Es wird aber ausdrücklich darauf hingewiesen, daß es als vorteilhaft und daher nach der Erfindung bevorzugt angesehen wird, wenn die beiden eine Erhebung begrenzenden Flankenabschnitte zur selben Richtung geneigt sind. Es ist solchenfalls besser möglich, die mechanischen Kennwerte des Umgusses sowie des Eingußteils durch entsprechende Bemessung der Steigung bzw. des Abstands der Flankenabschnitte zu berücksichtigen, damit maximale radiale und axiale Kräfte aufgenommen werden können, ohne daß es zu einem Bruch oder Abriß im Bereich der Buchse oder des Umgusses kommt.

In Weiterbildung der Erfindung von ganz besonderer Bedeutung weist einer der Flankenabschnitte eine Abstufung mit einem radial inneren und einem radial äußeren Teilabschnitt auf. Durch eine derartige Abstufung wird verhindert, daß sich die Zylinderlaufbuchse bei lokaler Krafteinwirkung in Richtung der Neigung der Flankenabschnitte ablösen kann, da einer der beiden Teilabschnitte in dieser Richtung eine Formschlußhalteverbindung ausbildet. Insoweit hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der radial äußere Teilabschnitt des in Neigungsrichtung hinteren Flankenabschnitts einen geringeren Neigungswinkel zur radialen Richtung aufweist, als der radial innere Teilabschnitt.

Die beiden Teilabschnitte sind vorzugsweise über einen dritten Teilabschnitt aneinander angebunden.

Nach einem weiteren Erfindungsgedanken kann die Oberflächenstruktur durch einen zweistufigen Bearbeitungsprozeß gebildet sein, wobei in einer ersten Stufe eine in radialer Richtung hinterschnittfreie Oberflächenstruktur gebildet wird und in einem anschließenden Umformprozeß, z. B. Drückwalzen, Schmieden, die radial äußeren Bereiche der Oberflächenstruktur in axialer Richtung derart verdrängt werden, daß sie in radialer Richtung Hinterschnitte bilden. Der erste Bearbeitungsprozeß könnte hierbei auch in Form spanabhebender Bearbeitung erfolgen. Es erweist sich indessen als vorteilhaft, wenn auch der erste Prozeß ein Drückwalzprozeß ist.

Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, daß die Anwendung der vorliegenden Erfindung nicht ausschließlich auf Zylinderlaufbuchsen beschränkt ist, sondern daß an sich beliebige, vorzugsweise rotationssymmetrische Eingußkörper im Sinne der Erfindung ausgebildet werden können.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der zeichnerischen Darstellung und nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen von Oberflächenstrukturen bei einer erfindungsgemäßen Zylinderlaufbuchse. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine Oberflächenstruktur in Form eines Gewindeprofils mit zueinander parallelen Flankenabschnitten;

Fig. 2 eine weitere Oberflächenstruktur in Form eines Gewindeprofils mit Trapezform bildenden Flankenabschnitten;

Fig. 3 eine weitere Oberflächenstruktur in Form eines Gewindeprofils mit stark abweichender Neigung der Flankenabschnitte;

Fig. 4 eine weitere Oberflächenstruktur in Form eines Gewindeprofils mit je einem abgestuften Flankenabschnitt;

Fig. 5 eine durch einen Drückwalzprozeß hergestellte Oberflächenstruktur in Form eines Nutenprofils; und

Fig. 6 eine weitere Ausführungsform einer in einem Drückwalzprozeß hergestellten Oberflächenstruktur, in Form eines Nutenprofils.

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform eines Gewindeprofils, dessen eine jeweilige Erhebung 2 definierende und begrenzende Flankenabschnitte 4, 6 jeweils parallel zueinander verlaufen. Beide Flankenabschnitte 4, 6 sind um einen Winkel α von ca. 25° zur radialen Richtung 8 der nur angedeuteten Zylinderlaufbuchse 10 geneigt. Der Abstand d der Nutflanken 6, 4 zweier benachbarter Erhebungen 2 beträgt 1,4 mm. Die Steigung S der Gewindegänge beträgt 2,4 mm und die Tiefe T des Profils beträgt 0,6 bis 0,8 mm. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, den Radius R im Bereich des spitzen Winkels im Übergang des Flankenabschnitts 6 zum Grund 12 des Gewindeprofils 0,1 mm zu wählen.

Der jeweilige Flankenabschnitt 6 bildet einen Hinterschnitt 14 in radialer Richtung 8 und verhindert ein Ablösen des angedeuteten Umgusses 14 von der äußeren Fläche der Zylinderlaufbuchse 10.

Das in Fig. 2 dargestellte Gewindeprofil unterscheidet sich von dem in Fig. 1 dargestellten dadurch, daß die Flankenabschnitte 16, 18 unterschiedliche Neigung aufweisen. Während der Flankenabschnitt 18 eine Neigung von ca. 25° zur radialen Richtung 8 aufweist, ist der Flankenabschnitt 16 nur um ca. 15 bis 22° hierzu geneigt. Durch die unterschiedliche Neigung der Flankenabschnitte 16, 18 wird eine allgemein als trapezförmig bezeichnete Ausbildung des Gewindeprofils erreicht.

Eine extremere Ausbildung eines trapezförmigen Gewindeprofils zeigt Fig. 3, wonach ein Flankenabschnitt 20 in radialer Richtung 8 verläuft und ein anderer Flankenabschnitt 22 wie bei den vorstehenden Ausführungsbeispielen ca. 25° zur radialen Richtung 8 beträgt.

Fig. 4 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines Gewindeprofils, wonach ein in Neigungsrichtung hinterer Flankenabschnitt 24 gestuft ausgebildet ist und einen radial inneren und einen radial äußeren Teilabschnitt 26 bzw. 28 aufweist, welche durch einen dritten Teilabschnitt 30 miteinander verbunden sind. Der radial äußere Teilabschnitt 28 weist einen geringeren Neigungswinkel zur radialen Richtung 8 auf, als der radial innere Teilabschnitt 26. Hierdurch wird in Neigungsrichtung 32 des anderen Flankenabschnitts 43 ein Hinterschnitt 36 durch den äußeren Teilabschnitt 28 gebildet.

Im dargestellten Fall ist der Flankenabschnitt 34 wiederum etwa 25° zur radialen Richtung 8 geneigt. Der radial innere Teilabschnitt 24 weist dieselbe Neigung auf. Der radial äußere Teilabschnitt 28 verläuft in radialer Richtung. Der dritte Teilabschnitt 30, welcher den radial inneren und den radial äußeren Teilabschnitt 26 bzw. 28 miteinander verbindet, verläuft im wesentlichen in Längsrichtung, also konzentrisch zur nicht dargestellten Längsachse der Zylinderlaufbuchse.

Fig. 5 zeigt eine in der zeichnerischen Darstellung im wesentlichen T-förmige Ausbildung einer Oberflächenstruktur. Die Oberflächenstruktur wurde in einem zweistufigen Prozeß hergestellt, indem zunächst die durch unterbrochene Linien dargestellte Struktur mit in radialer Richtung und parallel zueinander verlaufenden Flankenabschnitten 40, 42 in einem Drückwalzprozeß gebildet wurde. In einem weiteren Drückwalzprozeß wurden die in radialer Richtung äußeren Abschnitte der jeweiligen Erhebungen 44 derart bearbeitet, daß ein Materialfluß in axialer Richtung 46 der Zylinderlaufbuchse resultiert, der zu der schlußendlich dargestellten in radialer Richtung 8 Hinterschnitte 48 bildenden Struktur führt.

Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform einer in einem zweistufigen Drückwalzprozeß hergestellten Oberflächenstruktur, bei denen die im Wesentlichen konzentrische Erhebungen bildenden Flankenabschnitte 50, 52 zur gleichen axialen Richtung 54 hin geneigt sind. Es wurde bei der Herstellung der Oberflächenstruktur nach Fig. 6 von einer trapezförmigen in einem ersten Bearbeitungsschritt hergestellten Oberflächenstruktur ausgegangen, die in der Fig. 6 durch unterbrochene Linien 56 angedeutet ist. Durch den zweiten Bearbeitungsschritt wurde durch Drückwalzen die schlußendliche Oberflächenstruktur, die in radialer Richtung Hinterschnitte 58 bildet, erhalten. Die dargestellte Oberflächenstruktur entspricht insoweit der Oberflächenstruktur nach Fig. 4, als der in Neigungsrichtung hintere Flankenabschnitt 52 einen radial äußeren Teilabschnitt 60 aufweist, der bei Krafteinwirkung in Neigungsrichtung 62 des Flankenabschnitts 52 einen Hinterschnitt bildet und so wirksam ein Ablösen der Buchse vom Umguß bewirkt.

Claims (13)

1. In Leichtmetallegierung eingießbare Zylinderlaufbuchse (10) mit an der äußeren Umfangsfläche ausgebildeter, insbesondere im wesentlichen in Umfangsrichtung erstreckter und durch spanende Bearbeitung oder Umformen hergestellter makroskopischer Oberflächenstruktur, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenstruktur so ausgebildet ist, daß sie in radialer Richtung (8) der Zylinderlaufbuchse (10) gezielt Hinterschnitte (14, 48, 58) bildet.

2. Zylinderlaufbuchse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenstruktur von Nuten gebildet ist.

3. Zylinderlaufbuchse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenstruktur von Gewindegängen gebildet ist.

4. Zylinderlaufbuchse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung (S) der Gewindegänge 1 bis 4 mm beträgt.

5. Zylinderlaufbuchse nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch eine Kombination von Links- und Rechtsgewinden.

6. Zylinderlaufbuchse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe (T) der Oberflächenstruktur 0,3 bis 2 mm beträgt.

7. Zylinderlaufbuchse nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Nuten- oder Gewindestruktur bildende Flankenabschnitte (4, 6, 16, 18, 20, 22, 24, 34), die in einer Längsschnittebene der Zylinderlaufbuchse (10) zwischen 0 und 30 Grad zur radialen Richtung (8) geneigt sind.

8. Zylinderlaufbuchse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Flankenabschnitte (4, 6, 16, 18, 22, 24, 34), zwischen 15 und 25 Grad zur radialen Richtung (8) geneigt sind.

9. Zylinderlaufbuchse nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Flankenabschnitte (16, 18, 20, 22, 24, 34) eine Trapezform definieren. 10. Zylinderlaufbuchse nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Flankenabschnitte (24) eine Abstufung mit einem radial inneren und einem radial äußeren Teilabschnitt (26 bzw. 28) aufweist.

11. Zylinderlaufbuchse nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der radial äußere Teilabschnitt (28, 60) des in Neigungsrichtung hinteren Flankenabschnitts (24, 52) einen geringeren Neigungswinkel zur radialen Richtung (8) als der radial innere Teilabschnitt (26) aufweist.

12. Zylinderlaufbuchse nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß beide Teilabschnitte (26, 28) über einen dritten Teilabschnitt (30) aneinander angebunden sind.

13. Zylinderlaufbuchse nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenstruktur durch einen zweistufigen Bearbeitungsprozeß gebildet ist, wobei in einer ersten Stufe eine in radialer Richtung (8) hinterschnittfreie Oberflächenstruktur gebildet wird und in einem anschließenden Umformprozeß die radial äußeren Bereiche der Oberflächenstruktur in axialer Richtung (46, 54) derart verdrängt werden, daß sie in radialer Richtung (8) Hinterschnitte bilden.

14. Zylinderlaufbuchse nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß auch der erste Prozeß ein Umformprozeß, wie Drückwalzen oder Strangpressen, ist.