DE102009006774A1

DE102009006774A1 - Verfahren zum Ausbessern von Gussbauteilen

Info

Publication number: DE102009006774A1
Application number: DE102009006774A
Authority: DE
Inventors: Andreas Dipl.-Ing. Breuninger (FH); Helmut Dipl.-Ing. Schäfer (FH)
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2009-01-30
Filing date: 2009-01-30
Publication date: 2009-08-27

Abstract

Verfahren zum Nachbearbeiten eines Gussbauteiles (2), insbesondere eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeuges, bei dem
- mittels eines Lasers eine schmelzmetallurgische Ausbesserung zumindest einer Fehlstelle (7) des Gussbauteils (2) erfolgt,
- der Laser im Bereich der Fehlstelle (7) ein Schmelzbad erzeugt, dem ein Zusatzwerkstoff (3) zugefügt wird,
- der Laser im Bereich der Fehlstelle (7) eine begrenzte Arbeitszone (1) aufweist.
Erfindungswesentlich ist dabei, dass die vom Laser beanspruchte Arbeitszone (1) eine Breite von weniger als 0,5 mm aufweist und/oder der erkaltete, im Bereich der Arbeitszone (1) eingebrachte Zusatzwerkstoff (3) eine Korngröße (5) von weniger als 5 µm aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Nachbearbeiten eines Gussbauteiles, insbesondere eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeuges, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Aus der DE 10 2005 028 316 B4 ist ein solches gattungsgemäßes Verfahren zum Nachbearbeiten eines Kurbelgehäuses bekannt. Dabei ist das Kurbelgehäuse im Druckgussverfahren hergestellt. Durch dieses Verfahren können Fehlstellen im Bereich einer Grenzfläche zwischen einer Laufbuchse und deren Umguss durch schmelzmetallurgische Behandlung ausgebessert werden. Mit dem Verfahren kann zwischen der Laufbuchse und dem Umguss des Kurbelgehäuses ein homogener metallischer Übergang hergestellt werden, so dass prinzipiell auch mit Fehlstellen behaftete Kurbelgehäuse nicht mehr ausgesondert werden müssen. Bei dem bekannten Verfahren wird ein Laserstrahl auf die Oberfläche des Kurbelgehäuses fokussiert, so dass dort unter Zugabe eines Zusatzwerkstoffes ein lokal eng begrenztes Schmelzbad erzeugt wird. Ein solcher Nachbearbeitungsprozess zur Ausbesserung der Fehlstellen kann über ein Stereomikroskop überwacht werden.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für ein solches gattungsgemäßes Verfahren zum Nachbearbeiten eines Gussbauteiles, insbesondere eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs, eine verbesserte oder zumindest eine andere Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere dadurch auszeichnet, dass eine Qualität einer von einem Laser nachbearbeiteten Arbeitszone verbessert ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, den Laser und den Zusatzwerkstoff in der Art und Weise zu verwenden, dass die vom Laser beanspruchte Arbeitszone eine maximale Breite von 0,5 mm und/oder dass der erkaltete im Bereich der Arbeitszone eingebrachte Zusatzwerkstoff eine Korngröße von weniger als 5 μm aufweist. Durch die geringe Arbeitszone von weniger als 0,5 mm ist die Optik des Gussbauteils nach abgeschlossener Nachbesserung nicht beeinträchtigt und aufgrund sowohl einer kleinen Schweißnaht bzw. eines kleinen Schweißpunktes und der geringen Korngröße des in dem Bereich der Arbeitszone eingebrachten Zusatzwerkstoffes ist eine metallische Grundfestigkeit, umfassend eine bessere Druckwechselfestigkeit, einen besseren Wärmeübergang und damit ein geringerer Verzug und eine höhere Belastbarkeit aufgrund der metallischen Bindung, deutlich verbessert.
Eine Dauerwechselfestigkeit ist ebenfalls aufgrund einer Dendritenbildung beim Erkalten des Schmelzbades verbessert, da als Zusatzwerkstoff ein Lot verwendet werden kann, das einen Siliziumanteil von über 13% aufweist, und dadurch die Dendritenbildung verstärkt.
Nach diesem Verfahren können nicht nur Kurbelgehäuse und Zylinderkurbelgehäuse bezüglich ihrer Fehlstellen ausgebessert werden, sondern auch Zylinderköpfe, Ölwannen, Steuergehäuse, Stirnwanddeckel sowie generell sämtliche Gussbauteile eines drucklosen Ölraumes, insbesondere eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeuges.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigt die einzige 1 ein Schliffbild eines Randbereichs der Arbeitszone.
Entsprechend der 1, weist ein Gussbauteil 2 eine von einem Laser nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bearbeitete Arbeitszone 1 auf, die im Bereich eines Fehlstel lenrandes mit einem Zusatzwerkstoff 3 ausgefüllt ist. Wie aus dem Schliffbild erkennbar ist, ist eine Körnung 4 des Gussbauteils 2 erheblich gröber als eine Körnung 5 des Zusatzwerkstoffes 3. Gemäß einem randseitig in der 1 abgebildeten Maßstab 6, beträgt die Körnung 4 des Gussbauteils 2 zwischen 30 und 100 μm, während die Körnung 5 des Zusatzwerkstoffes 3 eine Korngröße von 1 bis 3 μm aufweist. Gussbauteile 2, die insbesondere für Verbrennungsmotoren für Kraftfahrzeuge eingesetzt werden, können durch das erfindungsgemäße Nachbereitungsverfahren trotz einer oder auch mehrerer Fehlstellen 7 vor der Verschrottung gerettet werden, da durch das erfindungsgemäße Nachbereitungsverfahren solche Fehlstellen 7 und damit einhergehende Leckagen Instand gesetzt werden können.
Dabei ist es vorteilhaft, dass solche im Verbrennungsmotorbau verbauten Gussbauteile 2 wie zum Beispiel ein Zylinderkopf, eine Zylinderkopfhaube, ein Kurbelwellengehäuse, eine Ölwanne, ein Steuergehäuse, ein Stirnwanddeckel oder sonstige Gussbauteile eines drucklosen Ölraumes eines Verbrennungsmotors, eine große Massenanhäufung mit einem dementsprechend hohen Wärmeabfluss im Vergleich zu dünnwandigen Bauteilen darstellen, wodurch sich vergleichsweise hohe Abkühlgeschwindigkeiten ergeben, die vorteilhaft zur Ausbildung von einer kleinen Arbeitszone 1 bzw. einer kleiner Lötzone sind.
Des Weiteren kann bei einem solchen Nachbearbeitungsverfahren ein Lot als Zusatzwerkstoff 3 verwendet werden, das einen hohen Siliziumanteil, vorzugsweise über 13%, aufweist. Die damit einhergehende Siliziumprimärkristallausprägung erzeugt eine höhere Dauerwechselfestigkeit aufgrund der erhöhten Dendritenbildung. Dadurch ist es möglich, Fehler behaftete Gussbauteile 2, die bisher ausgesondert wurden, durch das Nachbearbeitungsverfahren derart nachzubessern, dass die metallische Grundfestigkeit deutlich verbessert wird, so dass auch die nachgebesserten Gussbauteile 2 mit dem Verbrennungsmotor verbaut werden können, ohne dass daraus für die Gesamtbaugruppe ein Nachteil entstehen würde. Dabei sind nicht nur die Druckwechselfestigkeit, sondern auch der Wärmeübergang und damit ein geringerer Verzug und die Belastbarkeit durch die metallische Bindung verbessert.
Infolge der maximal 0,5 mm breiten Arbeitszone 1 ist zudem nur ein geringer Materialeinsatz des Zusatzwerkstoffes 3 notwendig. Da durch ein solches Nachbearbeitungsverfahren auch Gussbauteile 2 in hoch belasteten Zonen, also in so genannten Schweißverbotszonen, nachgebessert werden können, ist der Ausschuss an Gussbauteilen 2, die aufgrund von Fehlstellen 7 bzw. Leckagen aussortiert werden müssten, deutlich verringert.
Da zudem dieses Nachbearbeitungsverfahren händisch durchgeführt werden kann, ist eine hohe Flexibilität in der Nachbearbeitung der Gussbauteile 2 gegeben, so dass auch an schwer zugängigen Stellen der Gussbauteile 2 eine Reparatur der Fehlstellen 7 durchgeführt werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 102005028316 B4 [0002]

Claims

Verfahren zum Nachbearbeiten eines Gussbauteiles (2), insbesondere eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeuges, bei dem – mittels eines Lasers eine schmelzmetallurgische Ausbesserung zumindest einer Fehlstelle (7) des Gussbauteils (2) erfolgt, – der Laser im Bereich der Fehlstelle (7) ein Schmelzbad erzeugt, dem ein Zusatzwerkstoff (3) zugefügt wird, – der Laser im Bereich der Fehlstelle (7) eine begrenzte Arbeitszone (1) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Laser beanspruchte Arbeitszone (1) eine Breite von weniger als 0,5 mm aufweist und/oder der erkaltete, im Bereich der Arbeitszone (1) eingebrachte Zusatzwerkstoff (3) eine Korngröße (5) von weniger als 5 μm aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Zusatzwerkstoff (3) ein Lot verwendet wird, das einen Siliziumanteil von über 13% aufweist, wodurch eine Ausbildung von Dendriten beim Erkalten des Schmelzbades eintritt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der folgenden Gussbauteile (2) ausgebessert wird, Zylinderkopf, Zylinderkopfhaube, Kurbelwellengehäuse, Ölwanne, Steuergehäuse, Stirnwanddeckel, Gussbauteil eines drucklosen Ölraumes.