DE4436969C2 - Zylinderlaufbüchse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zylinderlaufbüchse für einen Verbrennungsmotor, insbesondere Einzylinderdieselmotor mit am Kurbelgehäuse angegossenem Zylinder nach Patentanspruch 1 sowie einen Verbrennungsmotor mit einem oder mehreren Zylindern, die durch Zylinderlaufbüchsen ausgekleidet sind nach Patentanspruch 8.

Aus Instandsetzungsverfahren insbesondere bei großen Motoren und solchen bei denen das Kurbelgehäuse einteilig mit den Zylindern gegossen ist, wurde die Idee entwickelt, aus Kostengründen Zylinderlaufbüchsen einzusetzen. Man dreht dabei die abgenutzten bzw. beschädigten Zylinder aus, soweit es deren Wandstärke erlaubt und setzt dann eine gegossene Zylinderlaufbüchse ein, deren Bohrung der ursprüng­ lichen entspricht, so daß eine Weiterverwendung der Kolben möglich ist.

Es gibt auch Motorkonstruktionen, bei denen von vorneherein Zylinderlaufbüchsen als Austauschteil eingesetzt sind (DE 40 29 427 A1). Im allgemeinen werden diese Zylinderlaufbüchsen nach dem Schleuder­ gußverfahren hergestellt und besitzen eine Wandstärke von 2,5 bis 3,5 mm. Die Büchse wird ohne äußere Nachbearbeitung eingepreßt und auf ihrer Lauffläche in Anpassung an den Kolbendurchmesser gehont.

Derartige Maßnahmen kamen bei Billigmotoren, z. B. bei kleinen Einzylindermotoren nicht in Betracht, da der damit verbundene Aufwand im Verhältnis zum Gesamt­ aufwand für einen neuen Zylinderblock bzw. einen neuen Motor eine zu hohe Kostenbelastung bedeutet.

Unter dem Gesichtspunkt der Rohstofferhaltung ist es aber wünschenswert, auch kleine Motoren auszubüchsen, anstatt sie nach entsprechender Abnutzung wegwerfen zu müssen.

Eine bekannte, relativ dünnwandige Laufbüchse (DE 15 25 484 A1), welche aus einer gerollten Blech­ platine besteht und somit eine axial verlaufende Stoßfuge aufweist, ist zwar billig herzustellen; für Motoren fortschrittlicher Bauart ist sie jedoch unge­ eignet, denn ihre durch die Stoßfuge unterbrochene Zylinderlaufbahn führt zu erhöhtem Ölverbrauch und zu einem rascheren Verschleiß der Kolbenringe.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine unter wirtschaftlichen Aspekten sinnvolle Instandsetzung der Zylinderlaufbüchsen auch für Billigmotoren zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Zylinderlaufbüchse durch Tiefziehen oder Druckverformen aus Stahl hergestellt ist.

Eine derartige ohne spanabhebende Bearbeitung als nahtloses Umformteil, bevorzugt durch Tiefziehen oder durch Überdruckumformen aus Stahl hergestellte Zylinderlaufbüchse besitzt eine Wanddicke von 0,5 bis 1 mm. Die Lauffläche der erfindungsgemäßen Büchse kann durch Nitrieren, Hartverchromen oder Behandeln mit einem speziellen Honverfahren zwecks Erzeugung kleiner Öltaschen verbessert werden. Im übrigen erfolgt der Austausch einer abgenutzten Büchse gegen eine neue ohne jede Nachbearbeitung.

Geeignete Herstellungsverfahren ermöglichen eine hin­ reichende Genauigkeit von etwa ± 30 µ. Kleinere Formabweichungen werden dadurch ausgeglichen, daß die Zylinderlaufbüchse mit geringem Spiel in die Kurbel­ gehäuse-Grundbohrung eingesetzt wird, wobei sich ein leichter Schiebesitz mit einer Durchmessertoleranz von 40 bis 80 µ als vorteilhaft erwiesen hat.

Die Büchse weist zweckmäßig an ihrem zylinder­ kopfseitigen Ende einen nach außen abragenden, 3 bis 4 mm breiten umlaufenden Bund auf, der in eine entsprechende Ringnut der Zylinderstirnseite eingreift. Ringnut und Bund der Zylinderlaufbüchse sind so toleriert, daß die Büchse über die Zylinder­ kopfdichtung durch den Zylinderkopf fest angepreßt und abgedichtet wird. Führt man den Bund etwas breiter und auch etwas stärker aus, so kann er sogar die Zylinderkopfdichtung ersetzen.

Die Wärmeableitung zwischen der Zylinderlaufbüchse und der Kurbelgehäuse-Grundbohrung, welche die Innenseite der Zylinderwand bildet, wird durch einen Ölfilm gewährleistet, der aus dem Ölkreislauf auf­ rechterhalten wird. Das Öl wird durch eine Bohrung an die Innenseite der Zylinderwand geleitet und dort mittels einer bevorzugt spiralförmigen Schmiernut über die gesamte Höhe der Büchse verteilt. Das Schmieröl wird in der Nähe des zylinderkopfseitigen Endes zugeführt, durchläuft den Ringspalt zwischen Zylinderlaufbüchse und Zylinderwand und tritt schließlich durch einen entsprechenden Umfangsspalt zwischen Zylinderwand und dem unteren Ende der Zylinderlaufbüchse aus, von wo es in den Ölsumpf des Kurbelgehäuses gelangt.

Die Ölspülung am Außenumfang der Zylinder­ laufbüchse dient einerseits zu deren direkten Kühlung. Sie verbessert aber insbesondere den Wärmeübergang zur gekühlten Zylinderwand. Auch können dadurch keine schädlichen Lufteinschlüsse und Luftbrücken im Ringspalt entstehen. Überdies dient sie zur Zentrierung und Abstützung der Zylinderlaufbüchse innerhalb der Zylinderwand, wobei das Schmieröl den Ringspalt ausfüllt, der sich im Betrieb durch die unterschiedliche Wärmedehnung zwischen der stählernen Zylinder­ laufbüchse und der gegossenen Zylinderwand verglichen mit dem kalten Zustand, vergrößert. Dies wird besonders deutlich bei einem Zylin­ derblock aus Aluminiumguß, der verglichen mit Stahl eine wesentlich größere Wärmedehnung aufweist.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 den oberen Teil des Motorblocks mit einem Axialschnitt durch die Zylinderlaufbüchse und

Fig. 2 ein Detail II in Fig. 1.

Fig. 1 zeigt einen Axialschnitt durch die Zylinderlaufbüchse 1, welche eingesetzt ist im Inneren eines beispielsweise aus Aludruckguß hergestellten Zylinders 2, welcher einteilig mit dem nicht dargestellten Kurbelgehäuse eines Einzylinderdieselmotors gegossen ist. Die Zylinderlaufbüchse 1 ist verglichen mit den bekannten Austausch-Laufbüchsen aus Schleuderguß ein durch Tiefziehen aus einer Stahlplatine hergestelltes Billigteil, welches im Handel zu einem geringen Teil des Preises einer üblichen Schleudergußlaufbüchse erhältlich ist. Die Zylinderlaufbüchse 1 ist mit ihrem die Lauffläche bildenden Zylinderteil 3, der eine Wandstärke von 0,5 bis 1 mm aufweist, mit leichtem Schiebesitz im Inneren der Zylinderwand 7 montiert, d. h. es wird ein Ringspalt 9 von 20 bis 40 µ zugelassen. An ihrem zylinderkopfseitigen Ende hat die Büchse 1 einen umlaufenden Bund 4, welcher in einer entsprechenden Ringnut in der Stirnseite 13 der Zylinderwand 7 aufgenommen ist. In die Stirnseite 13 der Zylinderwand 7 sind mehrere, den Bund 4 untergreifende Taschen 5 eingeformt, die für den Eintritt eines Werkzeugs zur Demontage der Zylinderlaufbüchse 1 vorgesehen sind.

Zwischen Zylinderlaufbüchse 1 und der Innenwand des Zylinders 2 ist zur Verbesserung des Wärmeübergangs und im Interesse einer gleich­ mäßigen mechanischen Abstützung ein Ölfilm vorgesehen, der über eine Zuleitung 6 durch die Zylinderwand 7 mit einem Öldruck von 1 bis 2 bar gespeist wird. Eine Umfangsnut 8 am inneren Ende der Zuleitung 6 sorgt für eine gleichmäßige Verteilung des zugeführten Öls über den Gesamtumfang des Ringspalts 9. Eine spiralförmige Schmiernut 10 in der Innenwand des Zylinders 2 dient der gleichmäßigen Verteilung des Schmierfilms. Ihr Querschnitt entspricht etwa einer Tiefe von 1 mm und einer Breite von 2 mm. Die Schmiernut kann entweder bereits im Druckgußverfahren eingeformt werden oder nachträglich eingearbeitet werden. Die Steigung der spiralförmigen Schmiernut 10 ist eher gering, beispielsweise 1:10.

Mit ihrem unteren Rand 11 endet die Zylinder­ laufbüchse 1 außerhalb der sich daran nach unten hin anschließenden Kontur der Zylinderbohrung 12, so daß es möglich ist, die Kolben von unten her zu montieren. Das Schmieröl, welches aus dem unteren Ende des Ringspalts 9 austritt, läuft drucklos entlang der Zylinderwand 7 nach unten in den Ölsumpf des Kurbelgehäuses ab.

Der Bund 4 der Zylinderlaufbüchse 1 steht geringfügig über die zylinderkopfseitige Stirnseite 13 der Zylinderwand 7 über, so daß über die in Fig. 2 dargestellte Zylinderkopfdich­ tung 14 eine sichere Abdichtung erzielt wird.

Infolge ihrer dünnen Wandstärke paßt sich die Zylinderlaufbüchse 1 eventuellen Toleranzab­ weichungen in der Kreissymmetrie leicht an; sie ermöglicht überdies geringfügige Querbewegungen in Anpassung an die Hubrichtung des Kolbens, die durch den Ölfilm gedämpft werden. Durch diese geringfügige Beweglichkeit der Zylinderlaufbüchse wird deren Standzeit verbessert, so daß ihr Wert über 1000 Betriebsstunden liegt. Der Austausch gegen eine Ersatzbüchse ist denkbar einfach. Die alte Zylinderlaufbüchse wird mit (nicht dargestellten) Werkzeugen, welche in die Taschen 5 unter den Rand des Bunds 4 einstechen nach oben ausgehebelt; die neue Büchse wird ohne jede Nach­ bearbeitung eingesetzt. Der Austausch der Zylinderlaufbüchse 1 ist damit auch für Einzy­ linder-Kleindieselmotoren wirtschaftlich sinn­ voll.

Claims (10)

1. Zylinderlaufbüchse für einen Verbrennungsmotor, insbesondere Einzylinderdieselmotor mit am Kurbelgehäuse angegossenem Zylinder (2), dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderlaufbüchse (1) durch Tiefziehen oder Druckverformen aus Stahl hergestellt ist.

2. Zylinderlaufbüchse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Lauffläche mit einer Rauhig­ keit aufweist, die zur Ausbildung von Öltaschen hinreichend ist.

3. Zylinderlaufbüchse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lauffläche einer Oberflächen­ behandlung unterzogen ist, z. B. durch Nitrieren, Verchromen oder Honen.

4. Zylinderlaufbüchse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit Schiebesitz in die Zylin­ derbohrung (12) eingesetzt ist, mit einer Toleranz, welche unter Betriebstem­ peraturen eine Spaltbreite von 20 bis 40 µ gewährleistet.

5. Zylinderlaufbüchse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie zylinderkopfseitig einen Bund (4) aufweist, der in einer Ringnut in der Stirnseite (13) der Zylinderwand (7) auf­ genommen ist und axial über diese gering­ fügig vorspringt zwecks Schaffung einer dichten Verbindung mit der Zylinderkopf­ dichtung.

6. Zylinderlaufbüchse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Bunds (4) derart ist, daß er die Zylinderkopfdichtung ersetzt.

7. Zylinderlaufbüchse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke ihres Zylinderteils (3) 0,5 bis 1 mm beträgt.

8. Verbrennungsmotor mit einem oder mehreren Zylindern, die durch Zylinderlaufbüchsen ausgekleidet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderlaufbüchsen (1) durch Tiefziehen oder Druckverformen aus Stahl hergestellt sind und daß der zwischen Büchse (1) und Zylinderwand (7) gebildete Ringspalt (9) an einen Schmierölkreislauf angeschlossen ist.

9. Verbrennungsmotor nach Anspruch 8, wobei die Zylinderlaufbüchse (1) zylinderkopf­ seitig einen Bund (4) aufweist, der in einer Ringnut (9) in der Stirnseite (13) der Zylinderwand (7) aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, daß in die Stirnseite (16) der Zylinder­ wand (7) den Bund (4) untergreifende Taschen (5) für den Ein­ tritt eines Werkzeugs zur Demontage der Zylinderlaufbüchse (1) eingeformt sind.

10. Verbrennungsmotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenseite der Zylinderwand (7) derart mit Schmiernuten (10) versehen ist, daß ein geschlossener Ölfilm im Ringspalt (9) zwischen Zylinderlaufbüchse (1) und Zylinderwand (7) gegeben ist.