Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Verbrennungsmotors, einen Zylinder einer Verbrennungskraftmaschine sowie ein Kurbelgehäuse einer Verbrennungskraftmaschine.

Kolben von Hubkolbenmaschinen laufen in der Regel nicht direkt im Kurbelgehäuse. Insbesondere im PKW-Bereich ist es bekannt, Kurbelgehäuse ohne Laufbuchsen mit einer verschleiß- und reibungsverringernden Beschich- tung zu versehen. Diese wird beispielsweise durch thermisches Spritzen aufgebracht. Eine derart beschichtete Zylinderwand weist entlang des gesamten Kolbenhubs einen konstanten Wärmedurchgangskoeffizienten auf. Für den Schmierfilm, der zwischen den Kolbenringen und der Zylinderwand wirkt, kann dieser konstante Wärmedurchgangskoeffizient nachteilig sein, da dessen Viskosität vornehmlich von der Temperatur abhängig ist. Diese ist im Bereich des oberen Totpunkts des Kolbens am höchsten, im unteren Totpunkt dagegen am niedrigsten oder zumindest niedriger. In der Folge ist das Schmiermittel nicht nur höchsten Temperaturschwankungen ausgesetzt, was die qualitativen Anforderungen erhöht. Insbesondere wird auch CO2- Einsparpotenzial verschenkt, da keine bedarfsgerechte Schmierfilmviskosität vorliegt.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Verbrennungsmotors, einen Zylinder einer Verbrennungskraftmaschine sowie ein Kurbelgehäuse anzugeben, welche die vorgenann- ten Nachteile beseitigen und dabei einfach und kostengünstig realisierbar sind.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung eines Verbrennungsmotors gemäß Anspruch 1 , durch einen Zylinder einer Verbrennungskraftmaschine gemäß Anspruch 9 sowie durch ein Kurbelgehäuse gemäß Anspruch 14 gelöst. Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung und der beigefügten Figur.

Erfindungsgemäß umfasst ein Verfahren zur Herstellung eines Verbrennungsmotors die Schritte:

- Bereitstellen eines Zylinders, umfassend eine Zylinderwand, wobei eine Oberfläche der Zylinderwand eine Struktur aufweist, welche ausgelegt und geformt ist, dass eine Beschichtung eindringen kann;

- Erzeugen zumindest eines Sperrbereichs durch ein zumindest bereichsweises Bearbeiten der Struktur derart, dass die bzw. eine Beschichtung nicht in die Struktur eindringen kann;

- Aufbringen einer Beschichtung auf die Zylinderwand bzw. deren Oberfläche, welche in dem zumindest einem Sperrbereich nicht in die Struktur eindringt bzw. eindringen kann.

Die vorgenannte Struktur ist insbesondere das Ergebnis einer sogenannten Aktivierung der Zylinderwand, welche ausgelegt und dazu vorgesehen ist, das Haften einer Beschichtung zu verbessern. Bevorzugt erfolgt das Einbringen der Struktur mechanisch, wie durch Trennen, Schneiden, Sägen, Auf- rauen bzw. allgemein durch Formen einer Struktur, welche einen Makroform- schluss mit der späteren Beschichtung ermöglicht und unterstützt. Neben den vorgenannten Verfahren ist zur Aktivierung beispielsweise auch das Wasserstrahlen der Zylinderwand bekannt, welches vorliegend ebenfalls verwendet werden kann, um eine geeignete Struktur zu formen. Letztlich werden durch die Struktur Ausnehmungen bzw. Rücksprünge in der Zylinderwand gebildet, in welche die spätere Beschichtung eindringen kann. Diese weisen gemäß bevorzugten Ausführungsformen Tiefen von etwa 0,05 bis 0,3 mm auf. An dieser Stelle setzt die Erfindung an, da nun durch das zumindest bereichsweise Bearbeiten der Struktur bzw. durch das Erzeugen des Sperrbereichs die Struktur derart verändert wird, dass die Beschichtung gerade nicht in die Struktur, mit anderen Worten in die Ausnehmungen, Rück- sprünge etc., eindringen kann. Dabei wird die Struktur aber nicht zerstört, sondern lediglich derart verändert, dass das Eindringen der Beschichtung unterbleibt. In der Folge ergeben sich nach dem Aufbringen der Beschichtung im Sperrbereich„Löcher", Hohlräume, Kavitäten bzw. Lufteinschlüsse, welche den Wärmedurchgangskoeffizienten der Zylinderwand in diesem Abschnitt beeinflussen. Je nach Ausgestaltung des Verfahrens können damit gezielt Bereiche in der Zylinderwand gebildet werden, welche z. B. als Isolator wirken. Durch den so geänderten Wärmedurchgangskoeffizienten kann mit Vorteil die Viskosität des Schmierfilms gezielt verändert werden. Da der Schmierfilm mit steigender Temperatur dünnflüssiger wird, kann damit beispielsweise gezielt die Reibung zwischen dem Kolben bzw. dessen Kolbenringen und der Zylinderwand verringert bzw. die Tragfähigkeit des Schmierfilms eingestellt werden.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Struktur Nuten, Stege, Riefen, Rillen und/oder Ausnehmungen etc. Gemäß einer Ausführungsform ist die Struktur über die gesamte Zylinderhöhe konstant bzw. gleich ausgebildet. Dies ist allerdings nicht zwingend notwendig. Eine Geometrie der Struktur kann auch unterschiedlich ausgebildet sein bzw. die Zylinderwand muss nicht vollflächig mit einer Struktur versehen sein.

Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das bereichsweise Bearbeiten insbesondere durch ein Umformen, insbesondere ein plastisches Verformen, der Struktur. Mit Vorteil ergeben sich durch ein gezieltes Umformen der (mechanisch) aufgerauten Zylinderwand bzw. der Struktur, wie beispielsweise der Stege, Kavitäten, die nicht mittels des Beschichtungsverfahrens gefüllt werden können. Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:

- Verengen, Verkleinern und/oder Verschließen der Struktur durch das

Umformen, insbesondere geometrisch Verändern, wie Verkleinern, der

Nuten, zumindest lokal.

Gemäß einer Ausführungsform sind beispielsweise die Nuten, insbesondere die Nuten als solche, im Sperrbereich durch das Bearbeiten bzw. das Umformen so verengt, dass die Beschichtung nicht eindringen kann. Gemäß einer anderen Ausführungsform sind lediglich die Eingänge zu den Nuten so verengt, dass die Beschichtung nicht eindringen kann. Letztendlich ist die tatsächliche Umsetzung von der Geometrie der Struktur sowie von den Parametern des Beschichtungsverfahrens abhängig. Entscheidend ist, dass das Verfahren derart geführt wird, dass nach dem Beschichten im Sperrbereich zwischen der Beschichtung und der Zylinderwand bzw. in dieser Hohlräume oder dergleichen gebildet werden.

Alternativ und/oder zusätzlich erfolgt das bereichsweise Bearbeiten durch ein Einbringen eines Füllstoffs in die Struktur. Bei dieser Ausführungsform wird das Eindringen der Beschichtung in die Struktur dadurch verhindert, dass die Struktur bereits mit dem Füllstoff gefüllt ist. Hierbei kann es sich um ein Material handeln, welches als Isolator wirkt, also den Wärmedurchgangskoeffizienten der Zylinderwand verringert. Der Füllstoff ist gemäß einer Ausführungsform eine Keramik, insbesondere eine isolierende Keramik wie AL203, gemäß einer Ausführungsform z. B. in pastöser Form. Alternativ kann auch gezielt ein Material verwendet werden, um den Wärmedurchgangskoeffizienten der Zylinderwand zu erhöhen, wodurch eine bessere Wärmeabfuhr aus dem Brennraum ermöglicht werden kann. Der Füll- oder Isolierstoff kann gemäß einer Ausführungsform in die bereits eingebrachten Nuten (also nach dem Rillieren bzw. vor dem Rollieren, also dem Erzeugen von Hinterschnitten) aufgetragen oder aufgesprüht werden und bleibt dann nach dem Rollieren in den Nuten. Alternativ wird der Füll- oder Isolierstoff in die„fertige" Struktur, nach dem Rollieren, eingebracht, beispielsweise mit einem Hoch- druckstrahl unter Druck, insbesondere eingeblasen, beispielsweise mit einem Druck > 1 bar.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:

- Variieren eines Umformgrads entlang einer Zylinder- bzw. Hochachse und/oder in einer Umfangsrichtung des Zylinders zum Formen von Hinterschnitten für die Beschichtung und zum Bilden des zumindest einen Sperrbereichs.

Mit Vorteil erfolgt also ein Umformen über die gesamte Zylinderlänge, wobei beispielsweise durch ein gezielt stärkeres, bereichsweises Umformen der Struktur der Sperrbereich bzw. der zumindest eine Sperrbereich erzeugt werden kann. Im Übrigen erfolgt das Umformen derart, dass Hinterschnitte gebildet werden. Insbesondere werden beispielsweise Stege der Struktur derart verformt, dass sich Hinterschnitte bilden (=Rollieren), welche geeignet sind, mit der späteren Beschichtung eine Verklammerung zu ermöglichen, was deren Befestigung zugutekommt bzw. den Makroformschluss verbessert. Eine Variation in Umfangsrichtung bedeutet, dass beispielsweise auf der Einlassseite ein anderer Wärmedurchgangskoeffizient eingestellt wird wie auf der Auslassseite.

Zweckmäßigerweise umfasst das Verfahren die Schritte:

- Anpassen eines Innendurchmessers des Zylinders zum Einstellen des Umformgrads oder

- Variieren des Umformgrads durch ein Nachstellen eines Umformwerk- zeugs.

Bei dem Umformwerkzeug handelt es sich beispielsweise um ein Rollier- werkzeug, welches umfänglich angeordnete, drehbare Rollen aufweist, welche zum Umformen bzw. Verformen der Zylinderwand ausgelegt sind. Durch ein Nachstellen des Umformwerkzeugs, also durch ein Positionieren relativ zu einer Mittelachse des Zylinders, kann der Umformgrad variiert bzw. ange- passt werden, nämlich derart, dass entlang der Zylinderachse die Struktur so weit verformt wird, dass die spätere bzw. eine spätere Beschichtung nicht mehr eindringen kann bzw.„lediglich" Hinterschnitte gebildet werden.„Anpassen des Innendurchmessers" bedeutet, dass der Zylinder beispielsweise entlang seiner Zylinderachse (oder umfänglich) keinen konstanten Innendurchmesser oder keinen kreisrunden Querschnitt aufweist, sondern dieser variiert. Daraus folgt, dass die Bereiche der Zylinderwand, deren Innendurchmesser kleiner ist, beim Durchfahren eines Umfangwerkzeugs stärker verformt werden, wobei hierdurch wiederum Sperrbereiche gebildet werden können etc.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:

- Beschichten durch ein Oberflächenbeschichtungsverfahren, insbesondere durch thermisches Spritzen.

Als besonders bevorzugt sind hierbei das Lichtbogendrahtspritzen oder das Plasmaspritzen zu erwähnen.

Die Erfindung richtet sich auch auf einen Zylinder einer Verbrennungskraftmaschine, umfassend eine Zylinderwand, wobei an der Zylinderwand eine Beschichtung angeordnet bzw. vorgesehen ist, und wobei die Beschichtung zusammen mit der Zylinderwand zumindest abschnittsweise Hohlräume oder zumindest einen Hohlraum bildet.

Für den Zylinder gelten die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erwähnten Vorteile analog und entsprechend sowie umgekehrt.

Beispielsweise können durch ein gezielt stärkeres Umformen der Zylinderwand Kavitäten bzw. Hohlräume gebildet werden, die beim Beschichten mittels eines (thermischen) Beschichtungsverfahrens nicht gefüllt werden können. Hieraus resultieren Lufteinschlüsse, welche als Isolator wirken, welche wiederum den Wärmeübergang verändern. Durch einen anderen Wärmeübergang kann die Viskosität des Schmierfilms verändert werden. Mit steigender Temperatur wird der Schmierfilm dünnflüssiger, wodurch die innere Reibung gesenkt werden kann. In der Folge generiert der Kolbenring weniger Reibungsverluste in dem Bereich, in welchem Hohlräume ausgebildet sind.

Gemäß einer Ausführungsform ist eine Vielzahl von Hohlräumen derart dimensioniert und/oder verteilt, dass ein Wärmedurchgangskoeffizient der Zylinderwand zumindest bereichsweise unterschiedlich ist. Gemäß einer Ausführungsform ist der Wärmedurchgangskoeffizient entlang, mit anderen Worten axial, oder auch umfänglich unterschiedlich in der Zylinderwand ausgebildet. Dies kann bedeuten, dass beispielsweise in den Umkehrpunkten des Kolbens, wie beispielswiese im unteren Totpunkt, ein anderer Wärmedurchgangskoeffizient ausgebildet ist als im oberen Totpunkt bzw. zwischen den Umkehrpunkten, beispielsweise ein höherer, um niedrigere Temperaturen in der Zylinderwand zu generieren, welche eine höhere Viskosität des Schmierfilms bedingen. Damit kann in diesen Bereichen ein sehr tragfähiger Ölfilm generiert werden. Zwischen den Umkehrpunkten, also dort, wo der Kolben seine höchste Geschwindigkeit erreicht, kann die Viskosität mit Vorteil gezielt verringert werden, um weniger hydrodynamische Reibung zu erzeugen. Im Bereich der Umkehrpunkte wird aufgrund der geringen Kolbengeschwindigkeit ein möglichst tragfähiger Ölfilm benötigt. Durch die geringe Geschwindigkeit kommt es kaum mehr zum Aufschwimmen des Kolbenringes und der Hauptanteil der Reibung resultiert aus der Festkörperreibung (Kolbenring / Zylinderlauffläche). Im Bereich zwischen den Umkehrpunkten liegt eine große Kolbengeschwindigkeit vor. Dadurch bedingt schwimmt der Kolbenring auf dem Ölfilm, es liegt hydrodynamische Reibung vor. Die Scherkräfte zwischen Kolbenring und Zylinderlauffläche im Fluid sind maßgeblich für die Reibungsverluste. Daher besteht der Ansatz vorliegend unter anderem darin, die Viskosität in diesem Bereich zu verringern und so die Scherkräfte bzw. die daraus resultierende hydrodynamische Reibung zu reduzieren. Insbesondere im Bereich des oberen Totpunkts kann auch beispielsweise auf der Auslassseite ein anderer Wärmedurchgangskoeffizient eingestellt sein als auf der Einlassseite, beispielsweise auf der Auslassseite ein höherer, um dort die Wärmeabfuhr zu steigern und Temperaturspitzen in der Zylinderwand bzw. auch in Richtung des Zylinderkopfs, zu minimieren.

Dabei sei erwähnt, dass die Hohlräume nicht zwangsläufig„hohl" sein müssen, sondern durchaus mit einem Material bzw. einem Füllstoff gefüllt sein können, welcher ggf. auch nicht als Isolator wirkt, sondern ausgelegt ist, den Wärmetransport zu erhöhen.

Gemäß einer Ausführungsform weist der Zylinder zwischen den Totpunkten einen verringerten Wärmedurchgangskoeffizienten auf, insbesondere einen gegenüber den Kolbenumkehrpunkten bzw. Totpunkten verringerten Wärmedurchgangskoeffizienten. Insbesondere kann damit in einem Mittelbereich bzw. in einem Bereich einer maximalen Kolbengeschwindigkeit ein möglichst dünnflüssiger Ölfilm eingestellt bzw. bereitgestellt werden. Die Vorteile wurden bereits beschrieben.

Gemäß einer Ausführungsform sind Form, Anzahl und/oder Größe der Hohlräume in Umfangsrichtung des Zylinders unterschiedlich ausgebildet. Grundsätzlich sind Lage, Verteilung bzw. auch die Größe der Hohlräume von der Geometrie der Struktur abhängig. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Struktur durch eine Vielzahl von parallelen oder in einer Helixform verlaufenden Nuten/Stegen gebildet, beispielsweise eingebracht über ein mechanisches Trennen, wie beispielsweise Sägen, z. B. mittels eines oder mehrerer Sägeblätter. In der Folge weisen auch die Hohlräume eine nutför- mige Struktur auf.

Gemäß einer Ausführungsform sind die Hohlräume durch ein erfindungsgemäßes Verfahren hergestellt.

Die Erfindung richtet sich weiter auf ein Kurbelgehäuse, umfassend zumindest einen erfindungsgemäßen Zylinder. Für das Kurbelgehäuse gelten die im Zusammenhang mit dem Verfahren bzw. Zylinder erwähnten Vorteile und Merkmale analog und entsprechend sowie umgekehrt und untereinander.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Zylinders bzw. eines Verfahrens zur Herstellung eines Verbrennungsmotors mit Bezug auf die beigefügte Figur.

Es zeigt:

Figur 1 : eine schematische Schnittansicht eines Zylinders bzw. einer

Zylinderwand mit einem Sperrbereich.

Fig. 1 zeigt einen Zylinder bzw. eine Zylinderwand 10, welche sich entlang einer Zylinderachse Z bzw. einer Mittelachse des Zylinders erstreckt. An einer Oberfläche 20 der Zylinderwand 10 ist eine Beschichtung 40, beispielsweise mittels eines thermischen Beschichtungsverfahrens, wie Lichtbogendrahtspritzen, aufgebracht. Um deren Haftung zu verbessern, ist die Oberfläche 20„aktiviert", d. h. mit einer Struktur 22 versehen, welche in der hier gezeigten Ausführungsform Nuten 26 bzw. Stege 24 umfasst. Deutlich zu erkennen ist, dass ein Querschnitt der Nuten 26 nicht quadratisch oder rechteckig ist, sondern die Stege 24 derart verformt sind, dass Hinterschnitte gebildet sind. Diese sind innerhalb des durch die gestrichelten Linien begrenzten Bereichs so stark ausgebildet, dass die Beschichtung 40 nicht mehr in die Nuten 26 eindringen konnte. In der Folge sind in diesem als Sperrbereich 30 bezeichneten Abschnitt Hohlräume 32 gebildet, welche beispielsweise als Isolator wirken. Mit dem Bezugszeichen 60 ist ein Kolbenring 60 angedeutet, welcher sich, wie durch den Doppelpfeil P angedeutet, entlang der Zylinderachse Z nach oben und unten bewegt. Dabei ist zwischen dem Kolbenring 60 und der Beschichtung 40 ein hier nicht weiter dargestellter Schmierfilm vorhanden. Durch einen im Sperrbereich 30 geänderten Wärmedurchgangskoeffizienten, wobei die Hohlräume 32 in der hier skizzierten Ausführungsform als Isolator wirken, kann der Wärmeübergang verringert werden, was dazu führt, dass die Zylinderwand 10 in diesem Abschnitt wärmer ist, wodurch der Schmierfilm in diesem Bereich dünnflüssiger wird. Dadurch können die Reibungsverluste verringert werden. Gemäß einer Ausführungsform ist der Sperrbereich 30 beispielsweise dort vorgesehen, wo der Kolben seine höchste Geschwindigkeit erreicht. Je nach Ausgestaltung können aber eine Vielzahl von derartigen Sperrbereichen über bzw. entlang der Zylinderachse Z vorgesehen sein. Gegebenenfalls weist ein Kurbelgehäuse, umfassend mehrere Zylinder, auch eine unterschiedliche Auslegung auf, d. h. es müssen nicht alle Zylinder einen derartigen Sperrbereich aufweisen bzw. die Sperrbereiche können an unterschiedlichen Stellen im Zylinder bzw. in den Zylindern ausgebildet sein etc.

Bezugszeichenliste

10 Zylinderwand

20 Oberfläche

22 Struktur

24 Steg

26 Nut

30 Sperrbereich

32 Hohlraum

40 Beschichtung

60 Kolbenring

P Doppelpfeil

Z Zylinderachse