DE10063357B4 - Gießform für und Gießverfahren zur Herstellung von Motorblöcken aus Leichtmetall-Werkstoffen - Google Patents

Abstract

Gießform für die Herstellung von Motorblöcken aus Leichtmetall-Werkstoffen mit mindestens zwei Formteilen (1, 2, 3), wobei in mindestens einem Formteil (1) mindestens ein Anschnitt (6, 7) zum Füllen der Form mit der Leichtmetallschmelze vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschnitte (6, 7) ein direktes Anströmen von als Eingießteile in die Formgießkokille eingebrachten Aluminiumlaufbüchsen (9) durch die Leichtmetallschmelze ausschließend angeordnet sind.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Gießform für die Herstellung von Motorblöcken aus Leichtmetall-Werkstoffen mit mindestens zwei Formteilen, wobei in mindestens einem Formteil mindestens ein Anschnitt zum Füllen der Form mit der Leichtmetallschmelze vorgesehen ist. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein korrespondierendes Gießverfahren zur Herstellung von Motorblöcken aus Leichtmetall-Werkstoffen als auch ein Motorblock aus einem Leichtmetall-Werkstoff.
• Aus dem Stand der Technik sind die vorteilhaften Eigenschaften von Zylinder-Laufbüchsen für Verbrennungskraftmaschinen aus übereutektischen AlSi-Legierungen bekannt. Diese resultieren aus der guten Laufflächentauglichkeit der übereutektischen AlSi-Legierungen im Motorenbetrieb. Auf der anderen Seite sind die guten Gießeigenschaften und der günstige Legierungspreis von untereutektischen AlSi-Legierungen ebenfalls bekannt. Aus diesem Grunde sind Versuche zum Eingießen von Aluminiumlaufbüchsen aus übereutektischen AlSi-Legierungen in Motorblöcke aus untereutektischen AlSi-Legierungen aus dem Stand der Technik bekannt. Hierdurch können die Vorteile der guten Gießeigenschaften und des günstigen Legierungspreises der untereutekischen AlSi-Legierungen mit der Laufflächentauglichkeit der übereutektischen AlSi-Legierungen vereint werden.
• Problematisch ist bei dem Einguß von Aluminiumeingießteilen, wie Aluminiumlaufbüchsen, in ein Aluminiumgußstück, wie einen Motorblock, daß die Aluminiumschmelze mit einer Temperatur vergossen wird, die oberhalb der Schmelztemperatur des einzugießenden Teils bestehend aus einem Aluminium-Werkstoff liegt. Es besteht die Gefahr, daß das Eingießteil aufgrund des Wärmeeintrags durch die Aluminiumschmelze aufgeschmolzen wird und somit die gewünschte Funktion nicht mehr erfüllen kann. Diese Problematik ergibt sich grundsätzlich beim Eingießen von Eingießteilen mit einem Schmelzpunkt nahe dem Schmelzpunkt der Eingießschmelze, also allgemein beim Eingießen von Leichtmetallen. Denkbar ist beispielsweise auch der Einguß von Aluminiumlaufbüchsen in einen Magnesium-Motorblock.
• Aus diesem Grund ist aus dem Stand der Technik das Eingießen von Aluminiumlaufbüchsen aus übereutektischen AlSi-Legierungen in einen Motorblock aus untereutektischen AlSi-Legierungen lediglich im Druckgußverfahren bekannt. Beim Druckgußverfahren führen die kurzen Formfüllzeiten und die schnelle Erstarrung dazu, daß die Aluminiumlaufbüchsen aus übereutektischen AlSi-Legierungen lediglich in einem Maße aufschmelzen, die ihre spätere Funktion im Motorenbetrieb nicht beeinträchtigt.
• Durch die längeren Formfüllzeiten ist das Eingießen von Aluminiumlaufbüchsen bei Anwendung anderer Gießverfahren, wie beispielsweise des Schwerkraftgießens oder des Niederdruckgießens, problematisch. So ist es bislang nicht gelungen, das Schwerkraftgießverfahren an den Einguß von Aluminiumlaufbüchsen in einen Motorblock aus Aluminium-Werkstoffen so anzupassen, daß die Laufflächentauglichkeit der Aluminiumlaufbüchsen aus übereutektischen AlSi-Legierungen erhalten bleiben.
• Ein Beispiel für die sich beim Umgießen von aus Aluminiummaterial bestehenden Eingießteilen mit einer Leichtmetallschmelze in einer Gießform stellende Problematik gibt die DE 42 30 596 A1 . Gemäß dem aus dieser Druckschrift bekannten Stand der Technik wird ein Wassermantelkern direkt auf einer vorgefertigten Zylindereinheit aufgebracht. Dabei weist der Wassermantelkern Abschnitte auf, in denen die Oberfläche der Zylindereinheit freiliegt. Beim Eingießen der Leichtmetallschmelze in die Form fließt die Schmelze in die freien Abschnitte und gelangt so direkt zur Außenwand der Zylindereinheit. Auf diese Weise ist ein fester Halt der Zylindereinheit im fertigen Motorblockgehäuse gewährleistet. Allerdings kommt es auch dabei insbesondere im Bereich der freien Abschnitte des Wassermantelkerns, die eng benachbart zu den Anschnitten der Gießform angeordnet sind, zu einem die Eigenschaften der Zylindereinheit gefährdenden Aufschmelzen.
• Ausgehend von dem zuvor beschriebenen Stand der Technik und den hiermit verbundenen Problemen liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Gießform für die Herstellung und ein Gießverfahren zur Herstellung von Motorblöcken aus Leichtmetall-Werkstoffen zur Verfügung zu stellen, mit der bzw. dem der einwandfreie Einguß von Aluminiumlaufbüchsen in einen Motorblock mit Hilfe eines solchen Gießverfahrens gewährleistet ist.
• Für eine Gießform für die Herstellung von Motorblöcken aus Leichtmetall-Werkstoffen ist die zuvor hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Anschnitte ein direktes Anströmen von als Eingießteile in die Formgießkokille eingebrachten Aluminiumlaufbüchsen durch die Leichtmetallschmelze ausschließend angeordnet sind.
• Es hat sich gezeigt, daß das Aufschmelzen der Aluminiumlaufbüchsen aus übereutektischen AlSi-Legierungen wesentlich mit den Anströmbedingungen für die Aluminiumlaufbüchsen bei der Formfüllung mit der Aluminiumschmelze zusammenhängt. Werden die Aluminiumlaufbüchsen während des Formfüllvorgangs direkt angeströmt, so werden diese aufgrund des intensiveren Wärmeeintrags lokal weggespült, so daß die Laufflächentauglichkeit der eingegossenen Aluminiumlaufbüchsen im Motorenbetrieb nicht mehr gewährleistet ist. Dadurch, daß die Anschnitte derart angeordnet sind, daß ein direktes Anströmen der Aluminiumlaufbüchsen mit einer Leichtmetall-, insbesondere einer Aluminiumschmelze, bei der Formfüllung erfindungsgemäß ausgeschlossen ist, ist sichergestellt, daß die thermische Belastung der Aluminiumlaufbüchsen durch die Anordnung im Strömungsschatten reduziert ist, so daß im Ergebnis die vorteilhaften Eigenschaften der Aluminiumlaufbüchsen aus übereutektischen AlSi-Legierungen auch nach dem Einguß gewährleistet sind.
• Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung erfährt die erfindungsgemäße Gießform dadurch, daß die Anschnitte in einer der Zylinderkopfseite des Motorblocks zugeordneten Bodenplatte angeordnet sind und daß die Anschnitte außerhalb des Wassermantelkerns des Motorblocks angeordnet sind. Durch diese Anordnung der Anschnitte außerhalb des Wassermantelkerns des Motorblocks ist gewährleistet, daß die Aluminiumlaufbüchsen während der Formfüllung im Strömungsschatten des Wassermantelkerns liegen, wodurch ein direktes Anströmen und damit ein Wegspülen der Aluminiumlaufbüchsen während der Formfüllung vermieden wird.
• Die oben hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe wird für ein Gießverfahren zur Herstellung von Motorblöcken aus Leichtmetall-Werkstoffen erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Leichtmetallschmelze über ein direktes Anströmen von einzugießenden Aluminiumlaufbüchsen ausschließende Anschnitte in die Form gefüllt wird. Zu den mit dem erfindungsgemäßen Gießverfahren verbundenen Vorteilen wird auf die Beschreibung der Vorteile einer erfindungsgemäß ausgestalteten Gießform verwiesen.
• Ausgehend von dem bereits beschriebenen Einfluß der Formfüllzeit auf die Qualität des Eingusses von Aluminiumlaufbüchsen in einen Motorblock aus einem Leichtmetall-Werkstoff wird das erfindungsgemäße Gießverfahren dadurch vorteilhaft weitergebildet, daß die Formfüllzeit möglichst gering gewählt wird. Das Fenster für die möglichen Formfüllzeiten wird nach oben begrenzt durch die Notwendigkeit der Vermeidung von Kaltlauf und nach unten begrenzt durch den nachteiligen Einfluß von Turbulenzen beim Einfüllen auf die Eigenschaften des Gußstückes. Gemäß der beschriebenen Ausgestaltung sollte die Formfüllzeit innerhalb des zulässigen Fensters so gering wie möglich gewählt werden, um eine möglichst frühzeitige Erstarrung nach der Beruhigung der Schmelze zu ermöglichen, wodurch die thermischen Belastungen für die Aluminiumlaufbüchsen reduziert werden.
• An dieser Stelle soll darauf hingewiesen werden, daß der Begriff Gießverfahren im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung nicht ausschließlich das einleitend erwähnte Schwerkraftgießverfahren sondern darüber hinaus auch andere Gießverfahren, wie beispielsweise das Niederdruck-Gießverfahren, umfaßt.
• Schließlich betrifft die Erfindung einen Motorblock aus einem Leichtmetall-Werkstoff, hergestellt nach einem erfindungsgemäßen Gießverfahren, mit Aluminiumlaufbüchsen aus einer übereutektischen AlSi-Legierung und einem Motorblockgehäuse aus einem Leichtmetall-Werkstoff, insbesondere aus einer untereutektischen AlSi-Legierung.
• Ein derartiger Motorblock vereint die Vorteile der hohen Laufflächentauglichkeit von übereutektischen AlSi-Legierungen im Motorenbetrieb mit den Vorteilen der guten Gießeigenschaften und des günstigen Legierungspreises der untereutektischen AlSi-Legierungen für den verbleibenen Motorblock.
• Es existieren nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, die erfindungsgemäße Gießform, das erfindungsgemäße Gießverfahren als auch den erfindungsgemäßen Motorblock auszugestalten und weiterzubilden. Hierzu wird beispielsweise verwiesen einerseits auf die den Patentansprüchen 1 und 3 nachgeordneten Patentansprüche als auch auf die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung.
• In der Zeichnung zeigt die einzige Figur im Schnitt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Gießform für die Herstellung von Motorblöcken aus Leichtmetall-Werkstoffen, insbesondere aus Aluminium-Werkstoffen.
• In der einzigen Figur ist dargestellt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Gießform mit einer Bodenplatte 1 und zwei Seitenteilen 2, 3. Die Bodenplatte weist ein dem Seitenteil 2 zugeordneten Lauf 4 und ein dem Seitenteil 3 zugeordneten Lauf 5 zur Schmelzezuführung zu den Anschnitten 6, 7 auf.
• Aus der einzigen Figur ist ersichtlich, daß die Anschnitte 6, 7 außerhalb des Wassermantelkerns 8 liegen. Hierdurch wird erfindungsgemäß vermieden, daß der Aluminiumschmelzestrom direkt an der im Schnitt dargestellten Aluminiumlaufbüchse 9 vorbeigeführt wird. Hierdurch wird der Wärmeeintrag in die Aluminiumlaufbüchse 9 so weit reduziert, daß ein Aufschmelzen und Wegspülen der Aluminiumlaufbüchse 9 vermieden wird.

Claims (4)

1. Gießform für die Herstellung von Motorblöcken aus Leichtmetall-Werkstoffen mit mindestens zwei Formteilen (1, 2, 3), wobei in mindestens einem Formteil (1) mindestens ein Anschnitt (6, 7) zum Füllen der Form mit der Leichtmetallschmelze vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschnitte (6, 7) ein direktes Anströmen von als Eingießteile in die Formgießkokille eingebrachten Aluminiumlaufbüchsen (9) durch die Leichtmetallschmelze ausschließend angeordnet sind.
2. Gießform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschnitte (6, 7) in einer der Zylinderkopfseite des Motorblocks zugeordneten Bodenplatte (1) angeordnet sind und daß die Anschnitte (6, 7) außerhalb des Wassermantelkerns (8) des Motorblocks angeordnet sind.
3. Gießverfahren zur Herstellung von Motorblöcken aus Leichtmetall-Werkstoffen, bei welchem die Leichtmetallschmelze über mindestens einen Anschnitt in mindestens einem Formteil in eine Gießform gefüllt wird, insbesondere zur Verwirklichung in Verbindung mit einer Gießform gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leichtmetallschmelze über ein direktes Anströmen von einzugießenden Aluminiumlaufbüchsen ausschließende Anschnitte in die Kokille gefüllt wird.
4. Gießverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Formfüllzeit möglichst gering gewählt wird.