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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Nachbearbeiten eines Kurbelgehäuses sowie
ein Zylinderkurbelgehäuse
für einen
Verbrennungsmotor gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 bzw. dem des Anspruchs 7, wie es aus der als gattungsbildend zugrunde
gelegten
DE 195 23
484 A1 als bekannt hervorgeht.
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Die
DE 195 23 484 A1 betrifft
ein Kurbelgehäuse,
das in einem Druckgießverfahren
umgossene und in einem Umguss eingebrachte Laufbuchsen aufweist.
Bei diesem Umguss können
Fehlstellen wie Lunker und/oder Bindefehler oder dgl. auftreten.
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Aus
der
AT 405 379 B ist
ein Verfahren zur Ausbesserung von Oberflächendefekten in Metallformkörpern bekannt,
bei dem die Fehlstellen mittels Laserauftragschweißens behandelt
werden.
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Ein
Reparaturverfahren bei dem das Laserauftragverfahren mittels einem
gepulsten Laser vorgenommen wir ist aus der
DE 100 05 874 A1 bekannt.
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Zylinderkurbelgehäuse von
Verbrennungsmotoren, bspw. V6- oder V8-Ottomotoren, werden üblicherweise
im Druckgießverfahren
hergestellt. Eine Zylinderlauffläche
hierfür
besteht typischerweise aus einer Silitec-Laufbuchse, die während des Druckgießverfahrens
umgossen wird.
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Ein
Umschmelzverfahren zur Herstellung eines Bauteils für einen
Verbrennungsmotor, nämlich eines
Gaswechselventils, ist in der Druckschrift
DE 35 17 077 beschrieben. In diesem
Fall wird an einem Ventilteller des Gaswechselventils ein Ventilsitz
derart angebracht, dass in eine umlaufende Vertiefung eingebrachtes
Panzermaterial durch das Umschmelzverfahren mit dem Grundmaterial
des Gaswechselventils verbunden wird. Nahtstellen am Übergang
zwischen Grundmaterial und Panzermaterial werden durch einen Hochleistungs-Laser
zur Bereitstellung einer um den Ventilteller rings umlaufenden Schutzschicht
umgeschmolzen.
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Vereinzelt
können
an Zylinderkurbelgehäusen
Fehlstellen, wie bspw. Lunker oder Bindefehler, auftreten. Die Bindefehler
sind auf eine Grenzfläche zwischen
der Silitec-Laufbuchse und einen diese umgebenden Umguss beschränkt. Lunker
können
auch an anderen Stellen der zylinderkopfseitigen Fläche aufgrund
einer Volumenabnahme beim Abkühlen
des Kurbelgehäuses
nach dem Druckgießverfahren
entstehen.
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In
einer Serienproduktion ist vorgesehen, sämtliche Zylinderkurbelgehäuse im Rahmen
einer Qualitätskontrolle,
vorrangig nach Durchführung
des Druckgießverfahrens
und der mechanischen Bearbeitung, auf Fehler, insbesondere auf die
voranstehend genannten Fehlstellen, zu untersuchen. Fehlerhafte
Zylinderkurbelgehäuse
werden dann in der Regel ausgeschleust und verschrottet. Dadurch
besteht ein Bedarf an einer geeigneten Nachbearbeitung fehlerhafter
bzw. beschädigter
Zylinderkurbelgehäuse.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Verfahren vorzustellen, mit dem eine Anbindung
einer Laufbuchse an ein Kurbelgehäuse verbessert werden kann.
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Vor
diesem Hintergrund wird ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 sowie ein Zylinderkurbelgehäuse
mit den Merkmalen des nebengeordneten Patentanspruchs 7 vorgestellt.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
ist zum Nachbearbeiten eines Kurbelgehäuses vorgesehen. Dieses Kurbelgehäuse weist
mindestens eine Laufbuchse auf, die in einem Druckgießverfahren
umgossen und in einen Umguss eingebracht ist. Das Verfahren zeichnet
sich dadurch aus, dass das Kurbelgehäuse durch ein schmelzmetallurgisches
Verfahren behandelt wird.
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Durch
das Verfahren kann zwischen der Laufbuchse und dem Umguss des Kurbelgehäuses eine
Radialabstützung
und somit ein homogener metallischer Übergang der Laufbuchse zu dem
Umguss bereitgestellt werden. Dadurch kann eine metallische und/oder
schmelzmetallurgische Anbindung der Laufbuchse zu dem Umguss in
einer Grenzfläche bzw.
in einer Trennebene des Kurbelgehäuses in einem sog. Stegbereich
verbessert und eine Betriebsdauer des Kurbelgehäuses verlängert werden. Die Laufbuchse
kann aus Silitec, einer Aluminium-Silizium Verbindung, gebildet
sein, der Umguss besteht üblicherweise
aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, wie bspw. AlSi9Cu3.
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Falls
das Kurbelgehäuse,
insbesondere ein Zylinderkurbelgehäuse für einen Verbrennungsmotor,
zumindest eine Fehlstelle aufweisen sollte, so ist es ebenfalls
möglich,
die zumindest eine Fehlstelle mit dem schmelzmetallurgischen Verfahren
auszubessern und somit mit Fehlstellen behaftete Kurbelgehäuse nachzuarbeiten
und/oder zu reparieren. Diese müssen
nicht mehr verschrottet werden und können anstelle dessen einem
weiteren Produktionsschritt zugeführt werden. Mit dieser Nachbearbeitungsmöglichkeit
können
Fertigungskosten deutlich gesenkt werden.
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Mit
dem Verfahren erfolgt im Bereich der Grenzfläche durch Materialauftrag eine
innige, insbesondere schmelzmetallurgische Verklammerung der Laufbuchse,
bspw. einer Zylinderlaufbuchse, an den Umguss oder das Zylinderkurbelgehäuse. Somit
wird ein Setzen oder Durchrutschen einer Mehrlagenstahldichtung
auf dem Zylinderkurbelgehäuse
vermieden und eine Dichtheit bei einem Betrieb eines Verbrennungsmotors
in kleinen Stegbereichen verbessert. Außerdem wird ein Wärmeübergang und/oder
eine Wärmeableitung
innerhalb des Zylinderkurbelgehäuses
begünstigt.
Ein Verzug oder eine Deformation einer Zylinderlauffläche, die
durch die Zylinderlaufbuchse innerhalb des Zylinderkurbelgehäuses bereitgestellt
wird, sowie ein Ölkohleaufbau unter
Mehrlagenstahldichtung können
vermieden werden. Somit kann zudem die Prozesssicherheit innerhalb
einer Fertigung optimiert werden. Insbesondere hinsichtlich Dichtheitsreserven
des Kurbelgehäuses
wird die Qualität
innerhalb einer Serienproduktion erhöht.
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Durch
das Verfahren können
insbesondere Fehlstellen im Bereich einer Grenzfläche zwischen der
Laufbuchse und dem Umguss ausgebessert werden. Das Druckgießverfahren
ist üblicherweise
dazu vorgesehen, eine Anbindung der Laufbuchse an das Kurbelgehäuse im Bereich
der Grenzfläche
bereitzustellen. Wie die Praxis jedoch zeigt, können dabei bei einigen der
Kurbelgehäuse
im Bereich dieser Grenzflächen
Fehlstellen auftreten.
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Es
kann vorgesehen sein, dass das Kurbelgehäuse, insbesondere nach Durchführung des Druckgießverfahrens,
also nach Einbringen der Laufbuchse in den Umguss, auf Fehlstellen
hin untersucht wird. Dies kann durch eine Oberflächenbetrachtung oder unter
Nutzung elektromagnetischer Strahlen, bspw. Röntgenstrahlen, erfolgen. Falls
ein derart untersuchtes Kurbelgehäuse wenigstens eine Fehlstelle
aufweisen sollte, wird dieses in einer geeigneten Bearbeitungsstation
im Bereich der wenigstens einen Fehlstelle unter Durchführung des schmelzmetallurgischen
Verfahrens behandelt.
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Als
schmelzmetallurgische Verfahren bieten sich geeignete Schweißverfahren
oder Auftragsschweißverfahren
an, bei denen an einer Oberfläche des
Kurbelgehäuses,
vorzugsweise an einer Fehlstelle und/oder entlang der Grenzfläche zwischen
der mindestens einen Laufbuchse und dem Umguss, ein Materialauftrag
erfolgt. Als schmelzmetallurgisches Verfahren ist bspw. ein Laserauftragsschweißen geeignet.
Dabei können
die Fehlstellen durch das Laserauftragschweißen derart ausgebessert werden, dass
diese Fehlstellen durch Materialauftrag verschlossen werden. Auf
diese Weise wird eine Schweißverbindung
bereitgestellt, durch die im Bereich zwischen der Laufbuchse und
dem Umguss eine feste Anbindung realisiert werden kann.
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Des
Weiteren ist es möglich,
Fehlstellen an einer Brennraumseite des Kurbelgehäuses auszubessern.
Bei Fehlstellen an der Brennraumseite des Kurbelgehäuses handelt
es sich üblicherweise
um sog. Lunker oder Poren, die bei einem Abkühlen nach Durchführung des
Druckgießverfahrens
entstehen können.
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In
einem weiteren Verfahrensschritt kann vorgesehen sein, dass die
Fehlstellen vor Durchführung
des schmelzmetallurgischen Verfahrens aufgeweitet werden. Somit
ist es möglich,
eine Behebung der Fehlstellen nicht nur oberflächlich sondern auch innerhalb
des Kurbelgehäuses
zu realisieren.
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Bei
Durchführung
des Verfahrens kann eine gepulste Laserstrahlenquelle zur Bereitstellung
eines gepulsten Laserstrahls zur Verwendung kommen. Dadurch wird
erreicht, dass ein Energieeintrag in das Kurbelgehäuse nur
gering ist, so dass eine Wärmeeinflusszone
klein bleibt und Gefügeeigenschaften
in der Laufbuchse sowie in einem Grundwerkstoff, aus dem der Umguss
gebildet ist, erhalten bleiben.
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Mit
dem schmelzmetallurgischen Verfahren, insbesondere dem Laserauftragsschweißen, wird
an einer Oberfläche
des Kurbelgehäuses
durch geeignete Fokussierung des Laserstrahls auf der Oberfläche ein
lokal eng begrenztes Schmelzbad erzeugt. Diesem Schmelzbad wird
während
der Bearbeitung ein vorzugsweise drahtförmiger Zusatzwerkstoff zugeführt und
dabei bspw. in die Fehlstelle eingeführt.
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Das
erfindungsgemäße Zylinderkurbelgehäuse für einen
Verbrennungsmotor weist mindestens eine in einem Druckgießverfahren
umgossene und dabei in einen Umguss eingebrachte Zylinderlaufbuchse
auf. Zum Nachbearbeiten des Zylinderkurbelgehäuses ist ein schmelzmetallurgisches
Verfahren vorgesehen.
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An
dem Zylinderkurbelgehäuse
vorhandene Fehlstellen sind durch das schmelzmetallurgische Verfahren
ausgebessert. Außerdem
ist mit dem schmelzmetallurgischen Verfahren zwischen der Zylinderlaufbuchse
und dem Umguss eine Radialabstützung
bereitgestellt.
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Dieses
Zylinderkurbelgehäuse
kann demnach mindestens eine durch Nachbearbeitung bereitgestellte
Schweißverbindung
zur metallischen Anbindung der Zylinderlaufbuchse aufweisen.
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Weitere
Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der
Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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Die
Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels
in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im folgenden unter
Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
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Dabei
zeigen:
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1 einen
mit Fehlstellen behafteten Stegbereich einer Oberfläche eines
Kurbelgehäuses
in schematischer Darstellung.
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2 den
Stegbereich des Kurbelgehäuses aus 1 nach
Bearbeitung der Fehlstellen in schematischer Darstellung.
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3 einen
mit Fehlstellen behafteten Bereich einer Oberfläche eines Kurbelgehäuses in schematischer
Darstellung.
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4 den
Bereich des Kurbelgehäuses
aus 3 nach Bearbeitung der Fehlstellen in schematischer
Darstellung.
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Die
Figuren werden zusammenhängend
und übergreifend
beschrieben, gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Komponenten.
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1 zeigt
in schematischer Draufsicht einen Stegbereich 2 eines Kurbelgehäuses 1,
bspw. eines Zylinderkurbelgehäuses,
für einen
Verbrennungsmotor. Zur Herstellung eines derartigen Kurbelgehäuses 1 ist
vorgesehen, dass eine Laufbuchse 3 bzw. Zylinderlaufbuchse
mit einer Zylinderlauffläche 5 in
einem Druckgießverfahren
umgossen und dabei in einen Umguss 7 eingebracht wird.
Nach Beendigung des Druckgießverfahrens
ist die Laufbuchse 3 von dem Umguss 7 vollständig umschlossen.
Trotzdem kann es auch bei sorgfältiger
Durchführung
des Druckgießverfahrens
zu Fehlstellen 9 und somit Anbindungsfehlern der Laufbuchse 3 zu
dem Umguss 7 bzw. dem Kurbelgehäuse 1 kommen.
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Bei
dem vorliegenden erfindungsgemäßen Verfahren
ist vorgesehen, derartige Fehlstellen 9 durch ein schmelzmetallurgisches
Verfahren, bspw. durch Laserauftragsschweißen mit einem gepulsten Laserstrahl,
auszubessern. Ebenso kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Anbindung
der Laufbuchse 3 an den Umguss 7 und somit an
das Zylinderkurbelgehäuse 1 unabhängig davon,
ob das Kurbelgehäuse 1 Fehlstellen 9 aufweist
oder nicht, verbessert werden.
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2 zeigt
das Kurbelgehäuse 1 aus 1 nach
einer Bearbeitung durch das schmelzmetallurgische Verfahren. Dabei
wird durch das Laserauftragsschweißen auf dem Stegbereich 2 des
Kurbelgehäuses 1 linienförmig Material
aufgetragen. Zwischen der Laufbuchse 3 und dem Umguss 7 bzw. dem
Kurbelgehäuse 1 entsteht
somit unter Eliminierung der Fehlstellen 9 eine als Schweißnaht ausgebildete
Schweißverbindung 11.
Durch diese Schweißverbindung 11 wird
zwischen der Laufbuchse 3 und dem Umguss 7 unter
metallischer und/oder schmelzmetallurgischer Anbindung an dem Umguss 7 eine
Radialabstützung
bereitgestellt.
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Eine
gestrichelt dargestellte Bogenlinie 13 dient der Verdeutlichung
einer Grenzfläche
zwischen der Laufbuchse 3 und dem Umguss 7. Die
als Anbindefehler ausgebildeten Fehlstellen 9 treten bei
fehlerhaften Kurbelgehäusen 1 üblicherweise
entlang derartiger Grenzflächen
oder Trennebenen auf.
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Die 3 und 4 zeigen
ein weiteres Kurbelgehäuse 15 im
Bereich einer Brennraumseite 17 oder Brennraumfläche. In
dem Kurbelgehäuse 15 können selbst
bei sorgfältiger
Durchführung
des Druckgießverfahrens
im Bereich der Brennraumseite 17 Fehlstellen 19 entstehen,
bei denen es sich in 3 um sog. Lunker oder Poren
handelt.
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Auch
derartige Fehlstellen 19 können mit Hilfe des schmelzmetallurgischen
Verfahrens ausgebessert werden. Dabei erfolgt, wie 4 schematisch
zeigt, ein punktförmiger
Materialauftrag, so dass die Fehlstellen 19 aus 3 durch
Schweißverbindungen 21,
die als Schweißpunkte
ausgebildet sind, ausgebessert werden.
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Zur
Durchführung
des Verfahrens werden im Rahmen einer Serienproduktion Kurbelgehäuse 1, 15 sorgfältig daraufhin
untersucht, ob ggf. Fehlstellen 9, 19 vorhanden
sind. Sollte dies der Fall sein, erfolgt eine Ausbesserung dieser
Fehlstellen 9, 19 durch das schmelzmetallurgische
Verfahren.
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Dieses
schmelzmetallurgische Verfahren ist bspw. an einem mit einer Laserstrahlquelle
ausgestatteten Handarbeitsplatz durchführbar, bei dem das Kurbelgehäuse 1, 15 manuell
und/oder motorisch relativ zu einem erzeugten Laserstrahl positionierbar ist.
Bei der Laserstrahlquelle kann es sich um einen gepulsten Festkörperlaser
mit einer mittleren Leistung in einer Größenordnung von oder bis zu
200 Watt handeln.
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Der
Laserstrahl wird auf einer Oberfläche des Kurbelgehäuses 1, 15 fokussiert,
so dass dort lokal ein eng begrenztes Schmelzbad erzeugt wird. Ein Bediener
des Handarbeitsplatzes kann eine Wirkstelle an der Oberfläche bspw. über ein
Stereomikroskop einsehen und somit einen Bearbeitungsprozess zur Ausbesserung
der Fehlstellen 9, 19 überwachen.
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Es
ist möglich,
diesen Bearbeitungsprozess nach einem visuellen Eindruck online
zu beeinflussen. Hierbei kann ein System zur Beeinflussung einer Position
des Kurbelgehäuses 1, 15 über Pedale
oder einen Joystick bewegt werden. Des Weiteren sind auch Parameter
der Laserstrahlquelle steuerbar einzustellen. Es ist vorgesehen,
dass eine Vorschubbewegung des Laserstrahls manuell erfolgt.
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Während des
Bearbeitungsprozesses wird im Schmelzbad ein drahtförmiger Zusatzwerkstoff, z.B.
AlSi12, mit einem Drahtdurchmesser in einer Größenordnung von 0,4 bis 0,6
mm ebenfalls manuell zugeführt.
Durch diese manuelle Vorgehensweise ist das Verfahren sehr flexibel
einsetzbar. Dies ist insbesondere bei Kurbelgehäusen 1, 15 von
Vorteil, bei denen mit Fehlstellen 9, 19 behaftete
Bearbeitungsstellen schwierig zu lokalisieren sind, so dass für eine alternativ
automatisierte Durchführung
des Verfahrens ein vergleichsweise hoher Aufwand betrieben werden
müsste.
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Zur
Vorbereitung wurden die als Trennflächen ausgebildeten Fehlstellen 9 (1)
bzw. die als Lunker ausgebildeten Fehlstellen 19 (3)
im vorliegenden Beispiel mit einem Fingerschleifer ausgeweitet.
Bei dem nachfolgenden Laserauftragsschweißen beschränkt sich somit ein Materialauftrag
zur Bereitstellung der Schweißverbindungen 11, 21 oder Aufschweißungen nicht
nur auf die Oberfläche.
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Metallografische
Auswertungen der durch das Verfahren bereitgestellten Schweißverbindungen 11, 21 zeigen,
dass bei dem Laserauftragschweißen eine
schmelzmetallurgische Anbindung und somit ein Verschließen der
Fehlstellen 9 bzw. 19 erreicht wird. Durch die
Verwendung einer gepulsten Laserstrahlquelle ist ein Energieeintrag
in das Kurbelgehäuse 1, 15 gering,
so dass eine Wärmeeinflusszone
klein ist und Gefügeeigenschaften
in der Laufbuchse 3 und im Umguss 7 bzw. in einem
Grundwerkstoff der Brennraumseite 17 erhalten bleiben.