Zylinderkurbelgehäuse werden zur Gewichtsersparnis zunehmend aus Aluminiumlegierungen in verschiedenen Gießverfahren, be- vorzugt im Druckguss gefertigt. Da Aluminiumlegierungen, die gut gießbar sind, oft den tribologischen Anforderungen ent- lang der Zylinderlaufflächen nicht entsprechen, werden in diesen Bereichen Maßnahmen zur lokalen Verbesserungen der Werkstoffeigenschaften getroffen. Eine dieser Maßnahmen ist das Eingießen von Zylinderlaufbuchsen.

Die DE 44 38 550 C2 beschreibt gattungsbildend ein Kurbelge- häuse mit Zylinderlaufbuchsen aus übereutektischen Aluminium- Siliziumlegierungen. Die dort beschriebenen Legierungen sind auf Grund ihres hohen Siliziumgehaltes besonders verschleiß- beständig. Zudem weisen derartige Zylinderlaufbuchsen ein niedriges spezifisches Gewicht auf und was im Gegensatz zu Zylinderlaufbuchsen auf Eisenbasis besonders vorteilhaft ist, ihr thermischer Ausdehnungskoeffizient liegt näher an dem der Aluminium-Gusslegierung als der Ausdehnungskoeffizient des Eisens.

Unabhängig von der Art der Buchse tritt jedoch in der Zylin- derbohrung ein Temperaturgradient auf. Im oberen Bereich-in der Nähe zur Trennfläche zum Zylinderkopf-herrschen auf Grund der dort stattfindender Verbrennung motorseitig Tempe- raturen von etwa 200° C. Im unteren Bereich der Bohrung in Höhe des unteren Todpunktes des Kolbens liegen die motorsei- tigen Temperaturen in der Zylinderbohrung je nach Motor zwi- schen 130° C und 150° C.

Dieser Temperaturgradient, der zwischen 50° C und 70° C liegt, verursacht durch die thermische Ausdehnung eine leicht konische Form der Zylinderbohrung, die sich hierdurch von oben nach unten verengt. Deshalb ist es erforderlich die To- leranzen des Kolbens, insbesondere des Kolbenrings so auszu- legen, dass sowohl im unteren Bereich genügend Spiel vorhan- den ist und im oberen Bereich der auftretende Spalt minimal bleibt.

Der hierzu nötige Kompromiss ist im täglichen Gebrauch derar- tiger Motoren akzeptabel und führt zu keinerlei Beschädigung oder Alterungen der Motoren. Dennoch liefert dieser Nachteil im Hinblick auf eine Verbrauchsreduzierung und in Hinblick auf eine Leistungssteigerung der Motoren Anlass für Verbesse- rungsmaßnahmen.

Ausgehend vom Stand der Technik liegt die Aufgabe der Erfin- dung darin, die konische Verformung der Zylinderbohrung, die durch den vorherrschenden Temperaturgradienten hervorgerufen wird, zu reduzieren.

Die Lösung der Aufgabe besteht in einem Zylinderkurbelgehäuse nach Anspruch 1 und in einem Gießwerkzeug nach Anspruch 3.

Das Zylinderkurbelgehäuse nach Anspruch 1 weist bevorzugt mehrere Zylinderbohrungen auf, die jeweils mit einer Zylin- derlaufbuchse versehen sind. Das Zylinderkurbelgehäuse be- steht aus einer Aluminiumgießlegierung, die Zylinderlaufbuch- se besteht aus einer übereutektischen Aluminium-Silizium- Legierung. Bevorzugt liegt der Siliziumanteil der Legierung zwischen 23 % und 28 % Die Zylinderlaufbuchse ist dabei der- art verkürzt, dass sie möglichst unmittelbar unterhalb eines untersten Kolbenrings im unteren Todpunkt des Kolbens endet.

Die Zylinderbohrung läuft unterhalb des unteren Todpunktes je nach Motorauslegung etwa 20 mm bis 50 mm weiter. Die Oberflä- che der Zylinderbohrung (Zylinderlauffläche) ist in diesem Bereich durch die Aluminium-Druckgusslegierung gebildet.

Die Aluminium-Druckgusslegierung (im Folgenden vereinfacht Aluminium genannt) weist einen thermischen Ausdehnungskoeffi- zienten a von etwa 22 x 10-6 K-1 auf. Die Aluminium-Silizium- Legierung der Zylinderlaufbuchse weist einen a-Wert von 15 x 10-6 K-1 bis 17 x 10-6 K-1 auf. Dies führt zu einer höheren re- lativen Materialausdehnung im unteren Bereich der Zylinder- bohrung, unterhalb der Zylinderlaufbuchse. Durch die niedri- gere dort vorherrschende Temperatur in Kombination mit einer lokal höheren Materialausdehnung wird die Konusbildung in der Zylinderbohrung entsprechend der Aufgabenstellung weitgehend kompensiert.

Bevorzugt endet die Zylinderlaufbuchse möglichst nahe unter- halb des untersten Kolbenrings im unteren Todpunkt, damit die beschriebene Wirkung der Wärmeausdehnung vorteilhaft genutzt wird. Die Verlängerung der Zylinderlaufbuchse über den unte- ren Todpunkt hinaus wird je nach vorherrschenden Temperatur- gradienten bestimmt. Versuche haben jedoch gezeigt dass die vorteilhafte Wirkung der Erfindung beeinträchtigt wird, wenn die Buchse weiter als 20 mm unterhalb des untern Todpunktes endet.

Weiterhin vorteilhaft ist eine rechtwinklige untere Ab- schlusskante der Zylinderlaufbuchse. Aus gießtechnischen Gründen weisen in der Praxis die meisten Zylinderlaufbuchsen an ihrer unteren Außenseite eine Fase auf. Diese Fase dient der Schmelzenführung während eines Gießprozesses. Die Fase führt im Betriebszustand bei axialem Druck auf die Buchse zu radialen Kräften im Bereich der Fase, was sich negativ auf die Anbindung Buchse zu Kurbelgehäuse auswirkt.

Ein weiterer Bestandteil der Erfindung ist ein Gießwerkzeug zur Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses nach Anspruch 3.

Das Gießwerkzeug weist mindestens eine Pinole auf, die zur Darstellung der Zylinderbohrung geeignet ist. Auf der Pinole befindet sich eine Zylinderlaufbuchse aus einer übereutekti- schen Al-Si-Legierung. Die Buchse bedeckt maximal 85 % der Pinole in derart, dass sie im oberen Bereich (hinsichtlich einer Zylinderkopfseite) an einer Wand des Gießwerkzeugs an- liegt.

Ein Anguss des Gießwerkzeugs, der zur Befüllung des Gießwerk- zeuges durch ein Gießmetall dient, ist so angebracht, dass eine Hauptstromrichtung des Gießmetalls die Pinole von ihrer Unterseite (seitens des späteren Ölraumes) her trifft. Durch die Verkürzung der Zylinderlaufbuchse liegt die Buchse außer- halb der Hauptstromrichtung des Gießmetalls und wird von der i Pinole und der Werkzeugwand abgeschirmt. Dies wirkt sich günstig auf die Anbindung der Buchse an das Bauteil aus, da Verwirbelungen beim Auftreffen des Gießmetalls auf die Buchse reduziert werden. Eine bessere Anbindung zwischen Buchse und Kurbelgehäuse erlaubt neben weiteren Vorteilen höhere Drücke in der Zylinderbohrung, insbesondere in einem Brennraum.

Die Zylinderlaufbuchse ist zwar mit so engen Toleranzen be- legt, dass sie für einen Gießvorgang ausreichend fest auf der Pinole positioniert ist, in einer Serienproduktion ist jedoch für einen ungestörten Produktionsablauf eine Fixierung der Buchse auf der Pinole zweckmäßig.

Die Fixierung kann durch eine Nase erfolgen, die die Buchse auf Distanz zu einer unteren Werkzeugwand hält. Die Nase kann zur besseren Entformbarkeit teilweise in einer Aussparung der Pinole versenkt sein.

Im Folgenden werden bevorzugte Ausgestaltungsformen an Hand von vier Zeichnungen beschrieben.

Es zeigen : Fig. 1 einen Ausschnitt eines Hubkolbenmotors mit Zylinder- kurbelgehäuse, Zylinderlaufbuchse und Kolben, Fig. 2 den Ausschnitt aus Fig. 1 ohne Kolben mit Darstellung von mechanischen und thermischen Größen, Fig. 3 einen Ausschnitt eines Gießwerkzeuges zur Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses, Fig. 4 eine dreidimensionale Ansicht eines Ausschnittes eines Gießwerkzeuges mit einer Pinole und einer Zylinder- laufbuchse.

In Fig. 1 ist ein Ausschnitt aus einem Hubkolbenmotor 1 im Bereich eines Zylinderkurbelgehäuses 2 (Kurbelgehäuse) mit einer Zylinderbohrung 7 dargestellt. Die Zylinderbohrung 7 ist axial teilweise durch eine Zylinderlaufbuchse 4 gebildet, die in das Kurbelgehäuse 2 eingegossen ist. In der Zylinder- bohrung 7 wird ein Kolben 6 geführt, der über ein Pleuel 8 mit einer nicht dargestellten Kurbelwelle verbunden ist. Der Kolben 6 streift bei seiner Bewegung mit Kolbenringen 10 bis 10 die Zylinderlauffläche 14. Im oberen Bereich der Fig. 1 weist das Kurbelgehäuse eine Trennfläche 12 zu einem nicht dargestellten Zylinderkopf auf.

Die Zylinderlaufbuchse 4 verläuft in der Zylinderbohrung 7 soweit, bis der unterste Todpunkt des untersten Kolbenringes um 5 mm überschritten ist. Die Oberfläche der Zylinderlauf- buchse 7 bildet in diesem Bereich die Zylinderlauffläche 14.

5 mm unterhalb des unteren Todpunktes 11 des untersten Kol- benrings 10 wird die Zylinderlauffläche 14 durch das Materi- al des Kurbelgehäuses gebildet.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Maßnahme im Zylinder- kurbelgehäuse wird an Hand der Fig. 2 erläutert. In Fig. 2 ist der bis zu einer angrenzenden Zylinderlaufbuchse 4 er- weiterte Ausschnitt des Zylinderkurbelgehäuses 2 mit Ausnahme des Kolbens 6 dargestellt. In der Zylinderbohrung 7 herrscht ein Temperaturgradient AT vor, wobei T1 mit ca. 200°C größer ist als T2 mit ca. 140°C. Das Material der Zylinderlaufbuch- se, eine übereutektische Aluminium-Silizium Legierung mit 25% Silizium (im Folgenden AlSi genannt) weist einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten a1 von ca. 16 x 10 K auf. Der Ausdehnungskoeffizient a2 des Aluminiums, das im unteren Be- reichs der Zylinderbohrung 7 die Zylinderlauffläche 14 (vgl.

Fig. 1) bildet, beträgt ca. 23 x 10 K. Der höhere Ausdeh- nungskoeffizient a2 des Aluminiums führt bei der niedrigern Temperatur von 140°C zu der nahezu gleichen Ausdehnung wie die Ausdehnung im Bereich der Buchse 4 (200°C mit, einer Aus- dehnung von 16 x 10 K). Eine konische Verformung der Zy- linderbohrung 7 im Betriebszustand des Motors wird somit durch die erfindungsgemäße Anordnung verhindert.

Durch die Erfindung ergeben sich zusätzlich weitere Vorteile für den Betrieb des Motors und für die Herstellung des Kur- belgehäuses 2. In Fig. 3 ist ein Ausschnitt eines erfindungs- gemäßen Gießwerkzeugs 22 mit einem schematischen Verlauf ei- nes Schmelzenstroms 26 eines Gießmetalls dargestellt. Hierbei ist der Abstand zwischen den Buchsen und die Dicke der Buchse stark vergrößert dargestellt. Das Gießmetall ist eine Alumi- niumlegierung (AlSi9Cu3), die unter Druck in das Gießwerkzeug 22 gefüllt wird. Der Fluss 26 des Gießmetalls wird in den en- gen, ca. 3 mm breiten Steg 36 zwischen der Zylinderlaufbuch- sen 4, 4 geleitet. In dem engen Bereich des Steges 36 ist die Masse pro Zeiteinheit der dort bewegten Aluminiumschmelze geringer und mit weniger kinetischen Energie behaftet, als im Bereich des Hauptschmelzenstromes 25, über den die Volumenbe- füllung des Gießwerkzeuges erfolgt.

Würde der Hauptschmelzenstrom 25 direkt mit seiner gesamten kinetischen Energie auf die Zylinderlaufbuchse 4 treffen, würde dieser dort abprallen was, zu Lunkern bzw. Hohlräumen unterhalb der Zylinderlaufbuchse 4 oder zum Aufschmelzen der Zylinderlaufbuchse 4 führen würde. Durch die geringere mecha- nische und thermische Belastung der Zylinderlaufbuchse im er- findungsgemäßen Gießwerkzeug ist es möglich, die Wandstärke der Zylinderlaufbuchse gegenüber herkömmlichen Zylinderlauf- buchse deutlich zu reduzieren. Weiterhin wird der Füllquer- schnitt im unteren Stegbereich größer. Die Folge ist eine größere Metallmenge pro Zeiteinheit, was zu geringeren Tempe- raturverlusten und damit zu besseren Anschmelzen der Buchse führt.

Die Zylinderlaufbuchse 4 wird durch eine Nase 32 gegen eine obere Wand 40 des Gießwerkzeugs 22 gedrückt. Die Nase 32 ist an einer Unterseite 42 des Gießwerkzeugs 22 befestigt. Die Pinole 24 weist eine Vertiefung 34 auf, die beim Schließen des Gießwerkzeuges 22 und bei der Positionierung der Pinole 24 die Nase 32 teilweise aufnimmt. Ein kleinerer Teil der Na- se 32 steht bezüglich der Pinole 24 radial hervor und bildet den Stützbereich 36 für die Zylinderlaufbuchse 4.

Der Stützbereich 36 ist so breit gewählt, dass die Vertie- fung, die er im gegossenen Kurbelgehäuse verursacht, durch nachträgliches Bearbeiten ausgleichbar ist. Die Vorteile die- ser Anordnung besteht darin, dass die Nase so groß dimensio- niert werden kann, dass sie während des Gießprozesses nicht abbricht oder andersartig beschädigt wird und darin, dass sie in der Geometrie des Kurbelgehäuses nicht abgebildet wird.

In Fig. 4 ist die Anordnung der Nase 32 und deren stützende Wirkung auf die Zylinderlaufbuchse 4 an Hand eines dreidimen- sionalen Ausschnittes eines Gießwerkzeuges 22 veranschau- licht. Die Nase 32 ist in einer, in Fig. 4 nicht sichtbaren Vertiefung versenkt. Beim Öffnen des Gießwerkzeuges 22 und dem Entformen des Zylinderkurbelgehäuses wird die Pinole 24, die eine leicht konische Form aufweist, in Richtung des Pfeils 44. aus der Zylinderlaufbuchse 4 bewegt.

Durch die gestrichelte Linien ist eine Zylinderlaufbuchse 28 nach herkömmlicher Bauart angedeutet, die direkt dem Schmel- zenstrom ausgesetzt ist. Durch eine Fase 29 wird in der her- kömmlichen Anordnung ein Ablenken des Hauptschmelzenstroms 25 verhindert.

Durch das erfindungsgemäße Gießwerkzeug 22, das die bezüglich der Pinole 24 verkürzte Zylinderlaufbuchse 4 umfasst, werden die bereits beschriebenen Vorteile zu Vermeidung des Konuses in der Zylinderbohrung erzielt, zudem wird die Anbindung zwi- schen der Zylinderlaufbuchse 4 und dem Kurbelgehäuse 2 ver- bessert.

Die nahezu rechtwinklige Unterkante 15 der Zylinderlaufbuchse 4 (vgl. Fig. 2) bewirkt im Betriebszustand des Motors 1 zu- dem, dass die wirkende Kraft F nahezu vollständig durch das Kurbelgehäuse 2 aufgenommen wird. Würde die Zylinderlaufbuch- se eine Fase 29 aufweisen, wie die in Fig. 3 gestrichelt dar- gestellte Zylinderlaufbuchse 28, würde dies zu einer radialen Kraftkomponente in Richtung des Zentrums der Zylinderbohrung führen. Dies kann wiederum eine konische Verformung der Zy- linderlauffläche 14 zur Folge haben. Die Buchse ist durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung vor einem Setzen in der darge- stellten Kraftrichtung F geschützt. Zur Vermeidung dieser Ra- dialbewegung der Buchse trägt auch die durch das erfindungs- gemäße Gießwerkzeug 22 erzielte bessere Anbindung zwischen der Zylinderlaufbuchse 4 und dem Kurbelgehäuse 22 bei.

Eine weiterer Vorteil besteht in einer, gegenüber dem Stand der Technik besseren Abschirmung eines Wassermantels, der in Fig. 2 exemplarisch und simplifiziert durch eine Kühlbohrung 18 zwischen den Zylinderlaufbuchsen 4 und 4 dargestellt ist und einem Ölraum 16. Durch die bessere Anbindung zwischen Zy- linderlaufbuchse 4 und dem Kurbelgehäuse 2 werden mikroskopi- sche Spalte 20 (die die Funktionalität an sich nicht beein- flussen) reduziert. Wasser, das durch die Bohrung 18 läuft und unter Umständen in die Spalte 20 gelangen kann, wird durch die nahezu rechtwinklige Unterkante 15 der Buchse 4 daran gehindert, in den Ölraum 16 einzudringen.

Neben den bisher genannten funktionalen Vorteilen der Erfin- dung, führt die erfindungsgemäße Verkürzung der Zylinderlauf- buchse zu einer Reduktion der Bauteilkosten, die auf den ge- ringeren Materialverbrauch zurückzuführen ist.