DE102012220087A1

DE102012220087A1 - Schwingungsgedämpftes Präzisionsguss-Kraftfahrzeugelement aus einer Aluminiumlegierung für einen Fahrzeugantriebsstrang und Verfahren zum Herstellen desselben

Info

Publication number: DE102012220087A1
Application number: DE102012220087A
Authority: DE
Inventors: Michael D. Hanna; Andrew Sansome
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2011-11-09
Filing date: 2012-11-05
Publication date: 2013-05-16
Also published as: US20130112039A1

Abstract

Ein schwingungsgedämpftes Präzisionsguss-Kraftfahrzeugelement aus einer Aluminiumlegierung für einen Fahrzeugantriebsstrang und ein Verfahren für dessen Herstellung werden offenbart. Das schwingungsgedämpfte Präzisionsguss-Kraftfahrzeugelement aus einer Aluminiumlegierung weist einen im Inneren angeordneten Aluminium- oder Aluminiumlegierungseinsatz auf. Eine Außenfläche des Einsatzes, die einen freiliegenden Oxidfilm aufweist, stellt eine nicht verbundene Schnittstelle mit einer Innenfläche des Kraftfahrzeug-Antriebsstrangelements her. Diese nicht verbundene Schnittstelle dämpft die Schwingungsausbreitung durch das Kraftfahrzeug-Antriebsstrangelement, indem eine Reibungskontaktbewegung erfolgt, wenn das Kraftfahrzeug-Antriebsstrangelement durch eine Schwingung angeregt wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Das technische Gebiet dieser Offenbarung betrifft allgemein ein schwingungsgedämpftes Präzisionsguss-Kraftfahrzeugelement aus einer Aluminiumlegierung zur Verwendung in einem Fahrzeugantriebsstrang. Das schwingungsgedämpfte Kraftfahrzeugelement umfasst einen im Innern angeordneten Einsatz, der aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung konstruiert ist. Eine Außenfläche des Einsatzes weist einen freiliegenden Oxidfilm auf und bildet eine nicht verbundene Schnittstelle mit einer Innenfläche des Kraftfahrzeugelements. Es wird ebenso ein Verfahren zum Herstellen des schwingungsgedämpften Präzisionsguss-Kraftfahrzeugelements aus einer Aluminiumlegierung für einen Antriebsstrang offenbart.
HINTERGRUND
Das Chassis eines Fahrzeugs umfasst einen Strukturrahmen und einen Antriebsstrang, der durch den Rahmen getragen wird. Der Antriebsstrang weist eine Vielzahl von mechanischen und/oder elektrochemischen Komponenten auf, die eine Leistung erzeugen und übertragen, um einem Bediener zu ermöglichen, das Fahrzeug zu fahren. Einige der mechanischen und/oder elektrochemischen Komponenten, die in den Antriebsstrang eingebunden sind, umfassen beispielsweise einen Verbrennungsmotor, eine Brennstoffzelle, eine Lithium-Ionen-Batterie, ein Getriebe, ein Differential und zusätzlich in dem Fall eines Hybridelektrofahrzeugs einen Gleichrichter/Wechselrichter sowie einen Elektromotor. Viele dieser Komponenten weisen Präzisionsguss-Kraftfahrzeugelemente auf, wie beispielsweise Gehäuse oder Abdeckungen, die heutzutage aus einer Aluminiumlegierung anstelle einer schwereren Stahllegierung hergestellt werden, um die Verringerung des Fahrzeuggewichts und die Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu fördern.
Der normale Betrieb eines Fahrzeugs verwendet viele verschiedene mechanische Bewegungen und Wechselwirkungen innerhalb des Fahrzeugchassis, um Fahr- und Lenkmöglichkeiten zu schaffen. Kupplungen und Zahnräder werden routinemäßig eingerückt und ausgerückt, die Hubbewegung von Kolben in Zylindern eines Motorblocks wird beschleunigt und verlangsamt, und Kurbelwellen, Nockenwellen sowie Achsen werden bei sich verändernden Drehzahlen gedreht, um lediglich einige der mechanischen Bewegungen und Wechselwirkungen zu nennen, die regelmäßig während der Verwendung des Fahrzeugs auftreten. Jedes dieser mechanischen Ereignisse kann die Resonanz von Schwingungen durch das Fahrzeugchassis erzeugen oder verschlimmern. Diese Schwingungen können manchmal gefühlt und dann, wenn sie mit einer speziellen Frequenz zusammenfallen, von dem Bediener des Fahrzeugs und auch von beliebigen andere Fahrgästen gehört werden, die in dem Fahrgastraum anwesend sein können. Darüber hinaus neigen Aluminiumlegierungen dazu, dass eine ausgeprägtere Schwingungsausbreitung als bei Stahllegierungen erfolgt, wenn sie einer Schwingungsanregung ausgesetzt sind.
Ähnliche Schwingungs- und Geräuschprobleme wurden an anderen Orten eines Fahrzeugs identifiziert – vor allem im Bremssystem. Ein Ansatz, der entwickelt wurde, um die Auswirkungen von durch das Bremsen induzierten Schwingungen abzumildern, ist es, einen Metalleinsatz in einem Gusseisen-Bremsrotor anzuordnen, wo intensive Reibungswechselwirkungen mit selektiv betätigten Bremsbelägen erfolgen. Der Metalleinsatz ist in einem Rotor-Wangenabschnitt des Bremsrotors angeordnet und bildet über einen beträchtlichen Flächenbereich eine nicht verbundene innere Schnittstelle mit der Rotorwange. Eine Beschichtung, die kleine, feuerfeste Partikel aufweist, die in einem hitzebeständigen Bindemittelmaterial verteilt sind, wird üblicherweise relativ frei auf eine Außenfläche des Einsatzes aufgetragen, um zu verhindern, dass der Einsatz und die Rotorwange während der Herstellung (d. h. während des Gusses) oder des Betriebs des Bremsrotors eine vollständige metallurgische Verbindung bilden. Der Metalleinsatz ist im Allgemeinen aus einem gegenüber hohen Temperaturen beständigen Material konstruiert, wie beispielsweise aus Stahl, so dass er der konstanten Reibungsspannung, die durch die nahe gelegenen Bremsbeläge ausgeübt wird, und den relativ hohen Oberflächentemperaturen standhält, die oft erzeugt werden.
Präzisionsguss-Kraftfahrzeugelemente aus einer Aluminiumlegierung, die in den Antriebsstrang eines Fahrzeugs und in dessen Trägerrahmen eingebunden sind, sind jedoch nicht dem Typ der selektiven Reibungsspannung und schnellen Wärmeerzeugung ausgesetzt, der durch einen Bremsrotor regelmäßig angetroffen wird. Aufgrund dieser Verschiedenheit der Umgebungsbedingungen sind andere Herstellungs- und Materialoptionen zur Schwingungsdämpfung von Präzisionsguss-Kraftfahrzeugelementen aus einer Aluminiumlegierung im Vergleich zu der Schwingungsdämpfungsarbeit, die mit einem Bremsrotor verbunden ist, möglicherweise verfügbar. Die Fähigkeit, Präzisionsguss-Kraftfahrzeugelemente aus einer Aluminiumlegierung auf eine einfache, praktische und effektive Weise bezüglich der Schwingung zu dämpfen, ohne mühsame und zeitaufwendige Herstellungsverfahren zu implementieren, würde dazu beitragen, verschiedene Konstruktions- und Wirtschaftlichkeitshindernisse zu beseitigen, die deren weit verbreitete Verwendung verhindern können.
ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
Ein schwingungsgedämpftes Präzisionsguss-Kraftfahrzeugelement aus einer Aluminiumlegierung für einen Fahrzeugantriebsstrang weist einen im Innern angeordneten Aluminium- oder Aluminiumlegierungseinsatz auf. Ein Oxidfilm ist an einer Außenfläche des Einsatzes und vorzugsweise um den gesamten Einsatz herum vorhanden, so dass keine blanke Aluminium- oder Aluminiumlegierungsoberfläche freiliegt. Der Oxidfilm stellt eine nicht verbundene Schnittstelle mit einer Innenfläche des Präzisionsguss-Kraftfahrzeugelements für einen Antriebsstrang dar. Eine Reibungskontaktbewegung kann an dieser Schnittstelle auftreten, wenn Schwingungen während des normalen Betriebs des Antriebsstrangs auf das Kraftfahrzeugelement übertragen werden. Solche Reibungswechselwirkungen wandeln mechanische Schwingungsenergie in dissipierende thermische Energie um. Dies schwächt wiederum die Schwingungsresonanz durch das Kraftfahrzeug-Antriebsstrangelement ab und hilft dabei, das tatsächliche und/oder wahrgenommene Unbehagen zu mildern, das mit Schwingungen und Geräusch verbunden ist, die von dem Chassis während des Fahrzeugbetriebs ausgehen. Eine nicht abschließende Liste von Präzisionsguss-Kraftfahrzeugelementen aus einer Aluminiumlegierung für einen Antriebsstrang, die den im Innern angeordneten Aluminium- oder Aluminiumlegierungseinsatz aufweisen, sind ein Getriebegehäuse, ein Elektromotorgehäuse, ein Differentialgehäuse, ein Gehäuse eines Gleichrichters/Wechselrichters und eine Trägerhalterung, um lediglich einige zu nennen.
Der Oxidfilm kann durch natürliche Selbstpassivierung und/oder Anodisierung an der Außenfläche des Aluminium- oder Aluminiumlegierungseinsatzes gebildet werden. Die natürliche Selbstpassivierung tritt auf, wenn eine blanker Aluminium- oder Aluminiumlegierungsoberfläche Sauerstoff ausgesetzt wird, der eine nahezu unmittelbare Bildung eines dünnen, amorphen Oxidfilms bewirkt. Die Anodisierung ist ein elektrochemischer Prozess, bei dem ein Oxidfilm an einer blanken oder passivierten Aluminium- oder Aluminiumlegierungsoberfläche bis zu einer viel größeren Dicke wachsen kann, als typischerweise durch eine natürliche Selbstpassivierung erreicht wird. Der Oxidfilm an der Außenfläche des Einsatzes kann eine Vielzahl physikalischer und chemischer Eigenschaften zeigen und ist vorzugsweise ungefähr 1 nm bis ungefähr 20 μm dick. Eine beabsichtigte Funktion des Oxidfilms ist es, die Bildung der nicht verbundenen Schnittstelle zwischen der Außenfläche des Einsatzes und der benachbarten Innenfläche des Kraftfahrzeug-Antriebsstrangelements während des Präzisionsgusses eines Kraftfahrzeug-Antriebsstrangelements um den Einsatz herum zu erleichtern. Eine solche funktionale Eigenschaft des Oxidfilms umgeht die Notwendigkeit, den Einsatz mit herkömmlichen Beschichtungen zu beschichten, die kleine, feuerfeste Partikel umfassen, die in ein wärmebeständiges Bindemittelmaterial eingebunden sind.
Der Präzisionsgießprozess, der zum Herstellen des schwingungsgedämpften Kraftfahrzeug-Antriebsstrangelements aus einer Aluminiumlegierung verwendet wird, kann ein beliebiger Prozess sein, der ein wieder verwendbares Formwerkzeug verwendet und der wiederholt komplexe Aluminiumlegierungsteile mit engen Abmessungstoleranzen herstellen kann. Verschiedene beispielhafte Typen von geeigneten Präzisionsgießprozessen umfassen das Kaltkammer-Druckgießen, das Pressgießen und das Schwerkraftgießen. Diese und andere Präzisions-Druckgießprozesse umfassen, dass eine geschmolzene Aluminiumlegierungsladung um den Aluminium- oder Aluminiumlegierungseinsatz in einem Hohlraum des Formwerkzeugs verfestigt wird, der ausgebildet ist, um dem speziellen Kraftfahrzeug-Antriebsstrangelement, das gegossen werden sollen, zu ähneln. Der Oxidfilm an der Außenfläche des Einsatzes schirmt den Einsatz schützend von der geschmolzenen Aluminiumlegierungsladung ab und verhindert die Benetzung an der Außenfläche, so dass eine metallurgische Verbindung mit der benachbarten Innenfläche des Kraftfahrzeug-Antriebsstrangelements nicht auftritt.
Der bevorzugte Prozess zum Herstellen des schwingungsgedämpften Kraftfahrzeug-Antriebsstrangelements aus einer Aluminiumlegierung ist das Kaltkammer-Druckgießen. Dieser Prozess umfasst, dass der Aluminium- oder Aluminiumlegierungseinsatz, der einen freiliegenden Oxidfilm an einer Außenfläche aufweist, in einem Formwerkzeughohlraum eines wieder verwendbaren Formwerkzeugs angeordnet wird, das durch eine Abdeckungs-Formwerkzeughälfte und eine Ejektor-Formwerkzeughälfte definiert ist. Die Dicke, Porosität, Festkörper-Mikrostruktur sowie andere physikalische und chemische Eigenschaften des Oxidfilms können entsprechend ihrer gewünschten Spezifikationen maßgeschneidert werden. Nachdem das wieder verwendbare Formwerkzeug geschlossen ist, wird eine geschmolzene Aluminiumlegierungsladung bei einem erhöhten Druck in Kontakt mit dem Einsatz und um diesen herum in den Formwerkzeughohlraum eingeleitet. Die geschmolzene Aluminiumlegierungsladung wird anschließend um den Einsatz in dem Formwerkzeughohlraum verfestigt, um das schwingungsgedämpfte Kraftfahrzeug-Antriebsstrangelement zu bilden. Das anschließende Öffnen des wieder verwendbaren Formwerkzeugs ermöglicht das Entfernen des schwingungsgedämpften Präzisionsguss-Kraftfahrzeugelements für einen Antriebsstrang, so dass irgendeine zusätzliche Kühlung und/oder maschinelle Bearbeitung ausgeführt werden kann. Dieser Prozess kann ziemlich schnell wiederholt werden – in der Größenordnung von Minuten pro Zyklus –, um das schwingungsgedämpfte Kraftfahrzeug-Antriebsstrangelement zuverlässig und genau in großen Mengen herzustellen, und zwar ohne eine signifikante, eingeplante Ausschaltzeit zwischen den Zyklen, falls dies erforderlich ist.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 stellt eine beispielhafte Ausführungsform eines schwingungsgedämpften Präzisionsguss-Kraftfahrzeugelements aus einer Aluminiumlegierung zur Verwendung in einem Fahrzeugantriebsstrang dar. Spezieller ist das Kraftfahrzeug-Antriebsstrangelement, das in 1 dargestellt ist, ein allgemeines Getriebegehäuse, das von der Seite gezeigt ist. Das schwingungsgedämpfte Präzisionsguss-Getriebegehäuse aus einer Aluminiumlegierung weist einen im Innern angeordneten Aluminium- oder Aluminiumlegierungseinsatz auf.
2 ist eine teilweise Querschnittsansicht des schwingungsgedämpften Präzisionsguss-Getriebegehäuses aus einer Aluminiumlegierung, das in 1 gezeigt ist, entlang einer Längsachse des Getriebegehäuses.
3 stellt eine andere beispielhafte Ausführungsform eines schwingungsgedämpften Präzisionsguss-Kraftfahrzeugelements aus einer Aluminiumlegierung zur Verwendung in einem Fahrzeugantriebsstrang dar. In dieser Figur ist das Kraftfahrzeug-Antriebsstrangelement ein Elektromotorgehäuse, das in einer perspektivischen Ansicht gezeigt ist. Das schwingungsgedämpfte Präzisionsguss-Elektromotorgehäuse aus einer Aluminiumlegierung weist einen im Innern angeordneten Aluminium- oder Aluminiumlegierungseinsatz auf.
4 stellt eine noch andere beispielhafte Ausführungsform eines schwingungsgedämpften Präzisionsguss-Kraftfahrzeugelements aus einer Aluminiumlegierung zur Verwendung in einem Fahrzeugantriebsstrang dar. Hier ist das Kraftfahrzeug-Antriebsstrangelement ein Differentialgehäuse, das in einer perspektivischen Ansicht gezeigt ist. Das schwingungsgedämpfte Präzisionsguss-Differentialgehäuse aus einer Aluminiumlegierung weist einen im Innern angeordneten Aluminium- oder Aluminiumlegierungseinsatz auf.
5–9 stellen einen beispielhaften Präzisionsgießprozess schematisch dar, der zum Herstellen eines beliebigen der schwingungsgedämpften Kraftfahrzeug-Antriebsstrangelemente, die in 1–4 gezeigt sind, und auch von Kraftfahrzeug-Antriebsstrangelementen geeignet ist, die nicht speziell gezeigt und beschrieben sind.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Verschiedene Ausführungsformen eines schwingungsgedämpften Präzisionsguss-Kraftfahrzeugelements aus einer Aluminiumlegierung für einen Fahrzeugantriebsstrang sind in 1–4 gezeigt. Jedes dieser offenbarten Kraftfahrzeug-Antriebsstrangelemente weist einen im Innern angeordneten Aluminium- oder Aluminiumlegierungseinsatz auf. Der Einsatz weist eine Außenfläche auf, die eine nicht verbundene Schnittstelle mit einer Innenfläche des Präzisionsguss-Kraftfahrzeugelements aus einer Aluminiumlegierung für einen Antriebsstrang bildet. Eine Reibungskontaktbewegung kann an dieser Schnittstelle auftreten, wenn Schwingungen während des normalen Betriebs des Antriebsstrangs auf das Kraftfahrzeugelement übertragen werden. Solche Reibungswechselwirkungen wandeln mechanische Schwingungsenergie in dissipierende thermische Energie um. Dies schwächt wiederum die Schwingungsresonanz durch das Kraftfahrzeug-Antriebsstrangelement ab und begrenzt die Möglichkeit für beliebige, übrig bleibende Schwingungen, ein störendes, hörbares Geräusch aufrechtzuerhalten. Um die Benetzung des Einsatzes während des Präzisionsgießens des Kraftfahrzeug-Antriebsstrangteils zu verhindern und um anschließend die nicht verbundene Schnittstelle herzustellen, ist ein Oxidfilm an der Außenfläche des Einsatzes vorhanden.
1 und 2 stellen allgemein ein schwingungsgedämpftes Getriebegehäuse 10 dar, das aus einer Aluminiumlegierung präzisionsgegossen ist. Das schwingungsgedämpfte Getriebegehäuse 10 ist die umschließende Struktur eines Getriebes (nicht gezeigt) und umschließt unter anderem einen Abschnitt einer Eingangswelle, einen Abschnitt einer Ausgangswelle und einen Getriebezug. Das Getriebe ist Teil eines Antriebsstrangs, der durch einen Strukturrahmen getragen wird. Die Gesamtfunktion des Getriebes ist es, eine Drehzahl und ein Drehmoment entweder mechanisch oder automatisch von den Leistungserzeugungskomponenten des Antriebsstrangs (von einem Motor, einer Batterie und/oder einer Brennstoffzelle usw.) bei einem gewünschten Übersetzungsverhältnis, das mit einer ausgewählten Gangposition (vorwärts, neutral, rückwärts) konsistent ist, auf die Antriebsräder zu übertragen. Das schwingungsgedämpfte Getriebegehäuse 10 schützt den Getriebezug und andere umschlossene mechanische Getriebeelemente vor Schmutz, und es schafft, wenn dies verwendbar ist, einen Behälter für ein schmierendes Getriebefluid. Es kann eine beliebige geeignete Aluminiumlegierung verwendet werden, um das Getriebegehäuse 10 herzustellen, einschließlich beispielsweise AA319, AA356, AA360, AA380, AA383, AA834, AA390 und AA413.
Das schwingungsgedämpfte Getriebegehäuse 10 umfasst eine Strukturwand 12, die eine Innenfläche 14 und eine Außenfläche 16 aufweist, wenn sie im Querschnitt entlang einer Längsachse 18 betrachtet wird. Die Innenfläche 14 trägt eine Vielzahl von einstückig geformten oder nicht ganzheitlich angeordneten Merkmalen, die für die Einbindung des Getriebezugs in das Getriebegehäuse 10 sorgen. Die Außenfläche 16 ist weniger komplex als die Innenfläche 14 und kann Befestigungsmerkmale oder andere Oberflächenmodifikationen aufweisen, die dabei helfen, das Getriebegehäuse 10 in dem Antriebsstrang in Position zu befestigen. Die Dicke der Strukturwand zwischen der Innen- und der Außenfläche 14, 16 ist relativ dünn und kann um das Gehäuse 10 herum variieren. Eine typische Dicke der Strukturwand 12 reicht üblicherweise von ungefähr 2 mm bis ungefähr 20 mm, bevorzugter von ungefähr 3 mm bis ungefähr 12 mm und am bevorzugtesten von ungefähr 4 mm bis ungefähr 8 mm. Fachleute werden wissen und einsehen, dass viele verschiedene Formen und Ausbildungen des Getriebegehäuses 10 in Abhängigkeit von dem Typ und der Konstruktion des Getriebes, das untergebracht werden soll, und auch in Abhängigkeit von anderen Konstruktionsbeschränkungen, die anwendbar sein können, möglich sind.
Innerhalb der Strukturwand 12 ist zwischen der Innenfläche 14 und der Außenfläche 16 in einem ausgewählten Dämpfungsbereich 20 ein Aluminium- oder Aluminiumlegierungseinsatz 22 angeordnet. Der ausgewählte Dämpfungsbereich 20 kann ein beliebiger vordefinierter Abschnitt der Strukturwand 12 sein, für den die relevante Erfahrung eines Fachmanns, empirische Daten, eine Computersimulation und/oder experimentelle Daten darauf hinweisen, dass wahrscheinlich Schwingungen in diesen entstehen oder von diesen ausgebreitet werden. Große, relativ konsistent geformte Flächen der Strukturwand 12 ohne stark verwickelte und komplexe geometrische Konturen sind die bevorzugtesten Orte für den Dämpfungsbereich 20. Diese Flächen versehen den Aluminium- oder Aluminiumlegierungseinsatz 22 und die Strukturwand 12 mit einem ausreichenden Oberflächenbereich, in dem eine Reibungskontaktbewegung auftreten kann, während eine strukturelle Störung soweit wie möglich vermieden wird. Mehr als ein Aluminium- oder Aluminiumlegierungseinsatz 20 können in der strukturellen Wand 12 des Getriebegehäuses 10 angeordnet sein, wenn dies gewünscht ist, wie es in 1 und 2 gezeigt ist. Ein beliebiger Typ einer Aluminiumlegierung kann verwendet werden, um den Einsatz 22 herzustellen, einschließlich solcher spezieller Typen, wie sie vorstehend erwähnt sind, die normalerweise zum Präzisionsgießen des Getriebegehäuses 10 verwendet werden.
Eine Außenfläche 24 des Aluminium- oder Aluminiumlegierungseinsatzes 22 und eine Innenfläche 26 des Getriebegehäuses 10 bilden eine nicht verbundene Schnittstelle 28, die eine Reibungskontaktbewegung unterstützt, wenn das Getriebegehäuse 10 beispielsweise während des ständigen Einrückens und Ausrückens der einzelnen kämmenden Zahnräder in dem Getriebezug und während anderer verschiedenartiger mechanischer Wechselwirkungen (d. h. solcher, denen das Schwungrad, die Kupplungsscheiben usw. ausgesetzt sind) durch eine Schwingung angeregt wird. Diese nicht verbundene Schnittstelle 28 erleichtert den Reibungseingriff zwischen physikalisch verschiedenen Oberflächen, die nicht metallurgisch oder auf andere Weise unbeweglich miteinander verbunden sind. Und wie bereits erwähnt wurde, wandelt eine solche relative Schnittstellen-Reibungsbewegung mechanische Schwingungsenergie in thermische Energie um, was wiederum die Schwingungsausbreitung unterbricht und dabei hilft, irgendeine damit verbundene Geräuschausbreitung von dem Getriebegehäuse 10 zu verringern. Die nicht verbundene Schnittstelle 28, die zwischen der Außenfläche 24 des Aluminium- oder Aluminiumlegierungseinsatzes 22 und der Innenfläche 26 des Getriebegehäuses 10 gebildet wird, wird während des Präzisionsgießens des Gehäuses 10 hergestellt, wie nachstehend weiter beschrieben ist, und sie ist vorzugsweise um den gesamten Einsatz 22 herum vorhanden.
Die Außenfläche 24 des Aluminium- oder Aluminiumlegierungseinsatzes 22 weist einen freiliegenden Oxidfilm auf, der die Bildung der nicht verbundenen Schnittstelle 28 erleichtert. Der Oxidfilm besteht vorzugsweise hauptsächlich aus Aluminiumoxid (Al₂O₃) und kann bezüglich der Dicke, der Gesamtzusammensetzung und der Festkörper-Mikrostruktur in Abhängigkeit davon variieren, wie der Film hergestellt wird. Eine bevorzugte Dicke des Oxidfilms an der Außenfläche 24 des Einsatzes 22 reicht an einer beliebigen Stelle von ungefähr 1 nm bis ungefähr 20 μm. Ein amorpher Oxidfilm von ungefähr 1 nm bis ungefähr 15 nm kann beispielsweise auf natürliche Weise an einer blanken Aluminium- oder Aluminiumlegierungsoberfläche gebildet werden, in dem diese Oberfläche üblicherweise in Luft bei einer Temperatur, die eine Selbstpassivierung fördert, Sauerstoff ausgesetzt wird. Eine Temperatur, die für die Bildung des natürlich selbstpassivierten amorphen Oxidfilms vorteilhaft ist, ist die Raumtemperatur von ungefähr 18°C bis ungefähr 23°C. Ein dickerer Oxidfilm von bis zu 20 μm kann jedoch durch Anodisieren einer passivierten Aluminium- oder Aluminiumlegierungsoberfläche (d. h. einer solchen, die den natürlichen Oxidfilm aufweist) oder einer blanken Aluminium- oder Aluminiumlegierungsoberfläche gebildet werden. Anodisierungstechniken können sich zusätzlich dazu, dass sie die Bildung dickerer Oxidfilme ermöglichen, auch auf die Porosität des Oxidfilms auswirken und beeinflussen, ob der Oxidfilm amorph oder kristallin ist, neben anderen physikalischen und chemischen Eigenschaften, die variiert werden können.
Das Vorhandensein des Oxidfilms an der Außenfläche 24 des Aluminium- oder Aluminiumlegierungseinsatzes 22 schirmt den Einsatz 22 während des Präzisionsgießens des Getriebegehäuses 10 schützend vor der geschmolzenen Aluminiumlegierung ab. Die geschmolzene Aluminiumlegierung umgibt den Einsatz 22 während des Präzisionsgießens vollständig oder teilweise, wie nachstehend weiter erläutert wird, sie benetzt den Einsatz 22 jedoch nicht und bildet folglich keine vollständige metallurgische Verbindung mit der Außenfläche 24 des Einsatzes 22 während der Verfestigung. Aufgrund der Schutzfunktionalität des Oxidfilms besteht keine Notwendigkeit, herkömmliche Beschichtungen auf den Aluminium- oder Aluminiumlegierungseinsatz 22 aufzutragen, um die nicht verbundene Schnittstelle 28 herzustellen; das heisst, dass die Außenfläche 24 des Aluminium- oder Aluminiumlegierungseinsatzes 22 nicht mit kleinen, feuerfesten Partikeln bedeckt werden muss – wie beispielsweise mit Graphit, Aluminiumoxid und/oder Siliziumoxid –, die in einem hitzebeständigen Bindemittelmaterial gebunden sind, das üblicherweise aus einem Epoxidharz, einem Vinylesterharz, einem Lignosulfonat-Bindemittel, einem Kalziumaluminatzement oder einem Holzmehlzement besteht. Die fehlende Notwendigkeit solcher, auf herkömmlichen feuerfesten Partikeln basierenden Beschichtungen vereinfacht die Herstellung des schwingungsgedämpften Getriebegehäuses 10 und anderer Kraftfahrzeug-Antriebsstrangelemente, verringert die damit verbundenen Kosten, verbessert die Konsistenz und die Zuverlässigkeit der Schwingungsdämpfung und verringert das Gewicht pro Einheit und den gesamten Materialverbrauch, um lediglich einige vorteilhafte Auswirkungen zu nennen.
Der Aluminium- oder Aluminiumlegierungseinsatz 22 ist bevorzugt derart bemessen und geformt, dass der Schnittstellen-Flächenbereich der nicht verbundenen Schnittstelle 28 maximiert wird, solange wie die Integrität und/oder die Funktionalität der Strukturwand 12 nicht nachteilig beeinflusst wird. Der Einsatz 22 ist in vielen Fällen dafür vorgesehen, die Kontur der Strukturwand 12 nachzuahmen und eine Dicke aufzuweisen – wie sie in einer Richtung in Übereinstimmung mit einer Dickenmessung der Strukturwand von der Innenfläche 14 bis zu der Außenfläche 16 gemessen wird –, die bevorzugt von ungefähr 10% bis ungefähr 70% und bevorzugter von ungefähr 30% bis ungefähr 50% der Dicke der Strukturwand 12 reicht. Die anderen zwei Abmessungen des Einsatzes 22 sind weniger kritisch für die strukturelle und funktionale Integrität der Strukturwand 12 und werden somit im Allgemeinen derart gewählt, dass sie das geometrische Profil des ausgewählten Dämpfungsbereichs 20 aufnehmen.
Verschiedene weitere Ausführungsformen des schwingungsgedämpften Präzisionsguss-Kraftfahrzeugelements aus einer Aluminiumlegierung für einen Fahrzeugantriebsstrang sind in 3 und 4 gezeigt. 3 stellt allgemein ein schwingungsgedämpftes Elektromotorgehäuse 310 dar, und 4 stellt allgemein ein schwingungsgedämpftes Differentialgehäuse 410 dar, von denen jedes auf eine ähnliche Weise wie das zuvor beschriebene schwingungsgedämpfte Getriebegehäuse 10 aus einer Aluminiumlegierung präzisionsgegossen wird. Sowohl das schwingungsgedämpfte Elektromotorgehäuse 310 als auch das schwingungsgedämpfte Differentialgehäuse 410 umfassen einen im Innern angeordneten Aluminium- oder Aluminiumlegierungseinsatz 322, 422, der eine nicht verbundene Schnittstelle mit einer Innenfläche seiner jeweiligen Gehäuse 310, 410 in einem ausgewählten Dämpfungsbereich 320, 420 bildet. Die Außenfläche des Einsatzes 322, 422, die innerhalb jedes von dem Elektromotorgehäuse 310 und dem Differentialgehäuse 410 angeordnet ist, umfasst wie zuvor einen freiliegenden Oxidfilm, der die Bildung der nicht verbundenen Schnittstelle vereinfacht. Tatsächlich sind die einzigen wirklichen Unterschiede zwischen dem schwingungsgedämpften Elektromotorgehäuse 310, dem schwingungsgedämpften Differentialgehäuse 410 und dem schwingungsgedämpften Getriebegehäuse 10 (das im Detail vorstehend beschrieben ist) die Größe, die Form und die Geometrie solcher Präzisionsguss-Kraftfahrzeugantriebsstrangelemente und der Komponenten, die diese umschließen sollen. Darüber hinaus ist die vorstehende Beschreibung des Aluminium- oder Aluminiumlegierungseinsatzes 22, und wie dieser in dem schwingungsgedämpften Getriebegehäuse 10 funktioniert, vollständig auf das schwingungsgedämpfte Elektromotorgehäuse 310 und das schwingungsgedämpfte Differentialgehäuse 410 anwendbar, die in 3 und 4 gezeigt sind.
Die schwingungsgedämpften Kraftfahrzeug-Antriebsstrangelemente aus einer Aluminiumlegierung, die in 1–4 gezeigt sind, und auch andere, ähnliche Kraftfahrzeug-Antriebsstrangelemente werden vorzugsweise durch einen Kaltkammer-Druckgießprozess präzisionsgegossen. Das Kaltkammer-Druckgießen verwendet wie viele andere Formen des Präzisionsgießens ein wieder verwendbares Formwerkzeug und kann eine weite Vielzahl von Aluminiumlegierungsstrukturen mit einem hohen Grad an Genauigkeit und Wiederholbarkeit aus einer geschmolzenen Aluminiumlegierungsladung herstellen. Es können sehr enge Abmessungstoleranzen während des Kaltkammer-Druckgießens erreicht werden, und in vielen Fällen ist anschließend ein geringes oder kein zusätzliches maschinelles Bearbeiten erforderlich. Eine schematische Darstellung eines typischen Kaltkammer-Druckgießprozesses ist in 5–9 gezeigt. Diese Figuren zeigen das Kaltkammer-Präzisionsdruckgießen eines allgemeinen schwingungsgedämpften Kraftfahrzeug-Antriebsstrangelements 510, das jedes von den Kraftfahrzeug-Antriebsstrangelementen, die in 1–4 gezeigt sind, umfassen soll, ohne auf diese beschränkt zu sein. Die Verwendung gleicher Bezugszeichen bezeichnet gleiche Merkmale und gibt die Anwendbarkeit vorstehender Offenbarungen an, die für diese speziellen Merkmale relevant sind. Fachleute werden zweifelsohne die vielen Abwandlungen und Konstruktionsmodifikationen kennen und einschätzen, die verwendet werden können, um den Kaltkammer-Druckgießprozess trotz der Tatsache individuell einzurichten, dass viele der Feinheiten hier nicht ausdrücklich gezeigt und beschrieben sind.
Eine Kaltkammer-Druckgießvorrichtung 50, wie sie in 5–9 gezeigt ist, umfasst ein wieder verwendbares Formwerkzeug 52, das einen Formwerkzeughohlraum 54 bereitstellt, der geeignet ausgebildet ist, um das spezielle Kraftfahrzeug-Antriebsstrangelement zu formen, das gegossen wird. Eine Abdeckungs-Formwerkzeughälfte 56 und eine Ejektor-Formwerkzeughälfte 58, die sich entlang einer Formwerkzeug-Trennlinie 60 unter einer hydraulischen Klemmkraft treffen, definieren gemeinsam den Formwerkzeughohlraum 54. Zurückziehbare Schieber, Kerne oder andere Abschnitte können in die Abdeckungs-Formwerkzeughälfte 56 und/oder in die Ejektor-Formwerkzeughälfte 58 eingebunden sein, obwohl sie nicht speziell gezeigt sind, um Löcher, hohle Kammern, Hohlräume, Gewindegänge oder andere gewünschte Formen in dem Kraftfahrzeug-Antriebsstrangelement zu erzeugen, das gegossen wird. Ein Einschusskanal 62, der in der Abdeckungs-Formwerkzeughälfte 56 definiert ist, und ein Kanal 64, der in der Ejektor-Formwerkzeughälfte 58 definiert ist, stellen einen Zugang zu dem Formwerkzeughohlraum 54 von der Außenseite des wieder verwendbaren Formwerkzeugs aus bereit, um eine geschmolzene Aluminiumlegierungsladung 66 einzuleiten. Innere Kühlkanäle (nicht gezeigt) können darüber hinaus in einer oder in beiden von der Abdeckungs- und der Ejektor-Formwerkzeughälfte 56, 58 vorhanden sein, um ein Kühlfluid, wie beispielsweise Wasser oder Öl, durch das wieder verwendbare Formwerkzeug 52 zirkulieren zu lassen. Jede von der Abdeckungs-Formwerkzeughälfte 56 und der Ejektor-Formwerkzeughälfte 58 ist vorzugsweise aus einer gehärteten Werkzeugstahllegierung konstruiert.
Die Abdeckungs-Formwerkzeughälfte 56 und die Ejektor-Formwerkzeughälfte 58 sind vorzugsweise an einer feststehenden Auflageplatte 68 bzw. einer bewegbaren Auflageplatte 70 gehaltert, um das Öffnen und Schließen des wieder verwendbaren Formwerkzeugs 52 zu erleichtern. Diese Auflageplatten 68, 70 sind mit Ausrichtungsführungen 72 verbunden. Die feststehende Auflageplatte 68 bleibt typischerweise relativ zu den Ausrichtungsführungen 72 fixiert, während die bewegbare Auflageplatte 70 an den Ausrichtungsführungen 70 gleitend aufgenommen ist, um eine ausgerichtete Bewegung der Ejektor-Formwerkzeughälfte 58 in Richtung und weg von der Abdeckungs-Formwerkzeughälfte 56 aufzunehmen. Eine Reihe von stationären Ejektorstiften 74, die an einer Ejektor-Basisplatte (nicht gezeigt) befestigt sind, sind durch die bewegbare Auflageplatte 70 und die Ejektor-Formwerkzeughälfte 58 hindurch aufgenommen. Die Ejektorstifte 74 sind mit dem Formwerkzeughohlraum 74 bündig, wenn das wieder verwendbare Formwerkzeug 52 entlang der Formwerkzeug-Trennlinie 60 geschlossen ist, und sie erstrecken sich durch die Ejektor-Formwerkzeughälfte 58 hindurch, wenn das wieder verwendbare Formwerkzeug 52 offen ist und die Ejektor-Formwerkzeughälfte 58 von der Abdeckungs-Formwerkzeughälfte 56 zurückgezogen ist. Das Öffnen des wieder verwendbaren Formwerkzeugs 52 bewirkt somit, dass die Ejektorstifte 74 die Ejektor-Formwerkzeughälfte 58 überqueren und die durch das Formwerkzeug gegossene Kraftfahrzeug-Antriebsstrangkomponente auswerfen, so dass diese leicht entfernt werden kann.
Die Kaltkammer-Druckgießvorrichtung 50 umfasst auch einen Hochdruck-Injektionsmechanismus 76 für eine geschmolzene Aluminiumlegierung, der die geschmolzene Aluminiumlegierungsladung 66 unter einem hohen Druck in den Formwerkzeughohlraum 54 injiziert. Der Hochdruck-Injektionsmechanismus 76 für eine geschmolzene Aluminiumlegierung umfasst eine Einschusshülse 78 und einen hydraulisch betriebenen Kolben 80. Die Einschusshülse 78 definiert eine Kammer 82, die mit dem Einschusskanal 62 der Abdeckungs-Formwerkzeughälfte 56 fluidisch in Verbindung steht. Ein Eingussloch 84 ist in der Einschusshülse 78 definiert, um die Einleitung der geschmolzenen Aluminiumlegierungsladung 66 zu ermöglichen. Der Kolben 80 bewegt sich in der Einschusshülse 78 zwischen einer Anfangsposition und einer vorderen Position hin und her und umfasst einen Kolbenkopf 86, der während einer solchen Bewegung eine dynamische Abdichtung mit der Kammer 82 bildet. Der Kolbenkopf 86 drückt die Aluminiumlegierungsladung 66 durch den Einschusskanal 62 und in den Formwerkzeughohlraum 54, zu welcher Zeit der Kolbenkopf 68 in seiner vorderen Position bleibt und einen Druck auf die Ladung 66 ausübt, der üblicherweise an einer beliebigen Stelle von ungefähr 1.500 psi bis ungefähr 30.500 psi (10 MPa und 210 MPa) reicht.
Vor dem Kaltkammer-Druckgießen des schwingungsgedämpften Kraftfahrzeug-Antriebsstrangelements aus einer Aluminiumlegierung wird jedoch der Aluminium- oder Aluminiumlegierungseinsatz 522 mit einem freiliegenden Oxidfilm entlang dessen Außenfläche 524 erhalten. Der Aluminium- oder Aluminiumlegierungseinsatz 522 kann beispielsweise aus einem Blechbestand auf die geeignete Größe und Form geschnitten, gestanzt oder maschinell bearbeitet werden, oder er kann als eine weitere Option aus einer Quelle für geschmolzenes Aluminium oder eine geschmolzene Aluminiumlegierung gegossen oder auf andere Weise hergestellt werden. Eine natürliche, amorphe Oxidschicht, deren Dicke von ungefähr 1 nm bis ungefähr 15 nm reicht, bildet sich mittels der Selbstpassivierung nahezu unmittelbar auf einer beliebigen blanken Oberfläche des Aluminium- oder Aluminiumlegierungseinsatzes 522, wenn diese Sauerstoff ausgesetzt wird. Diese Oxidschicht ist dick genug, um zu verhindern, dass der Aluminium- oder Aluminiumlegierungseinsatz 522 während des Kaltkammergießens des Kraftfahrzeug-Antriebsstrangelements aus einer Aluminiumlegierung um den Einsatz 522 herum benetzt wird, und um letztlich die Bildung der nicht verbundenen Schnittstelle 528 zu erleichtern.
Die Außenfläche 524 des Aluminium- oder Aluminiumlegierungseinsatzes 522 kann auch durch einen Anodisierungsprozess mit dem Oxidfilm von bis zu 20 μm versehen werden, wenn dies gewünscht ist. Die Anodisierung ist ein elektrochemischer Prozess, bei dem ein Oxidfilm auf einer Aluminium- oder Aluminiumlegierungsoberfläche wachsen gelassen wird, die blank oder bereits mit einem natürlichen Oxidfilm selbstpassiviert ist. Als Teil des Anodisierungsprozesses wird der Aluminium- oder Aluminiumlegierungseinsatz 522 in eine pH-neutrale oder leicht saure wässrige Elektrolytlösung eingetaucht und als die Anode mit einem positiven Anschluss einer Gleichstrom-Spannungsquelle (DC-Spannungsquelle) verbunden. Die wässrige Elektrolytlösung wird vorzugsweise bei Raumtemperatur von ungefähr 20°C gehalten. Ein Stab oder eine Platte eines elektrisch leitenden Materials, das gegenüber der Elektrolytlösung inert ist, wie beispielsweise Kohlenstoff oder Nickel oder Edelstahl, wird ebenso in die wässrige Elektrolytlösung eingetaucht und als die Kathode mit einem negativen Anschluss der DC-Spannungsquelle verbunden, um eine Anodisierungszelle zu bilden. Wenn ein geschlossener Stromkreis in der Anodisierungszelle existiert, werden Elektronen von dem Aluminium- oder Aluminiumlegierungseinsatz 522 abgezogen und an die Kathode geliefert. Der Verlust an Elektronen an der Anode erzeugt Aluminiumionen, die mit Wasser in der wässrigen Elektrolytlösung reagieren, um den Oxidfilm an der Außenfläche 524 des Einsatzes 522 zu bilden und wachsen zu lassen. Der Überschuss an Elektronen an der Kathode erzeugt Wasserstoffgas. Typische Spannungs- und Stromdichtebereiche, die in der Anodisierungszelle zum Bilden des Oxidfilms angetroffen werden, sind ungefähr 1 V bis ungefähr 300 V bzw. ungefähr 30 A/m² bis ungefähr 300 A/m².
Bestimmte physikalische und chemische Eigenschaften des Oxidfilms – wie beispielsweise die Dicke, die Porosität und die Festkörper-Mikrostruktur (amorph/kristallin) – können durch Manipulieren bestimmter Variablen des Anodisierungsprozesses beeinflusst werden. Eine pH-neutrale wässrige Elektrolytlösung erzeugt im Allgemeinen einen weniger porösen Barriereoxidfilm, während eine leicht saure wässrige Elektrolytlösung im Allgemeinen einen poröseren Oxidfilm erzeugt. Elektrolyte, wie beispielsweise Aluminiumborat, Aluminiumphosphat oder Aluminiumtartrat, können verwendet werden, um eine pH-neutrale wässrige Elektrolytlösung herzustellen. Eine leicht saure wässrige Elektrolytlösung wird im Gegensatz dazu üblicherweise mit verdünnter (d. h. 1,0–2,0 M) Schwefelsäure, Phosphorsäure, Chromsäure oder Oxalsäure vorbereitet. Das Regeln verschiedener Prozessvariablen, einschließlich der Elektrolytkonzentration, der Temperatur. der wässrigen Elektrolytlösung, der Spannung und der Stromdichte der Anodisierungszelle und der Anodisierungszeit, kann darüber hinaus die Dicke und die Härte des Oxidfilms voraussagbar beeinflussen. Dickere Oxidfilme werden eher in verdünnteren wässrigen Elektrolytlösungen bei niedrigeren Temperaturen in Verbindung mit höheren Spannungen und Stromdichten erzeugt. Zusätzlich kann die Festkörper-Mikrostruktur des Oxidfilms kristallin gemacht werden, indem der selbstpassivierte, natürliche und amorphe Oxidfilm vor der Anodisierung aufgeheizt wird und indem anschließend der Aluminium- oder Aluminiumlegierungseinsatz 522 bei einer erhöhten Temperatur anodisiert wird. Beispielsweise kann bei einer bevorzugten Prozedur der Aluminium- oder Aluminiumlegierungseinsatz 522, der einen selbstpassivierten, natürlichen und amorphen Oxidfilm aufweist, für 30 Sekunden bis einige Minuten bis ungefähr 550°C aufgeheizt werden und anschließend bei ungefähr 70°C anodisiert werden, um einen kristallinen Oxidfilm an der Außenfläche 524 des Einsatzes 522 zu bilden.
Als Nächstes wird der Aluminium- oder Aluminiumlegierungseinsatz 522, während das wieder verwendbare Formwerkzeug 52 offen ist und der Formwerkzeughohlraum 54 zulänglich ist, in dem Formwerkzeughohlraum 54 an einer vorbestimmten Position angeordnet, die dem ausgewählten Dämpfungsbereich 520 in dem Kraftfahrzeug-Antriebsstrangelement 510 entspricht, das gegossen wird, wie es in 5 gezeigt ist. Ein emulgiertes Schmiermittel wird zu diesem Zeitpunkt ebenso typischerweise auf den Formhohlraum 54 angewendet. Der Einsatz 522 wird durch zurückziehbare Stifte oder eine beliebige andere Positionierungseinrichtung angeordnet und in Position gehalten, wie es Fachleute im Allgemeinen verstehen werden. Nachdem der Aluminium- oder Aluminiumlegierungseinsatz 522 korrekt angeordnet ist, wird eine Bewegung der bewegbaren Auflageplatte 70 in Richtung der feststehenden Auflageplatte 68 entlang der Ausrichtungsführungen 72 durch eine herkömmliche Hydraulik (nicht gezeigt) ausgelöst. Die bewegbare Auflageplatte 70 bewegt sich in Richtung der feststehenden Auflageplatte 68 und bringt die Abdeckungs-Formwerkzeughälfte und die Ejektor-Formwerkzeughälfte 56, 58 entlang der Formwerkzeug-Trennlinie 60 zusammen, wie es in 6 gezeigt ist. Eine hydraulische Klemmkraft, die beispielsweise an einer beliebigen Stelle von 400 Tonnen bis 4.000 Tonnen reicht, wird typischerweise zwischen der Abdeckungs-Formwerkzeughälfte und der Ejektor-Formwerkzeughälfte 56, 58 hergestellt, um den Formwerkzeughohlraum 54 sicher abzuschließen. Verriegelungsstifte und diametral entgegengesetzte Aufnahmelöcher können ebenso in der Abdeckungs-Formwerkzeughälfte und der Ejektor-Formwerkzeughälfte 56, 58 vorhanden sein, um dabei zu helfen, diese miteinander zu befestigen.
Die geschmolzene Aluminiumlegierungsladung 66 wird anschließend mittels einer manuellen oder einer automatisierten Pfanne in einer vorgeschriebenen Menge durch das Eingussloch 84 hindurch in die Einschusshülse 78 gegossen, wie es in 7 gezeigt ist. Die geschmolzene Aluminiumlegierungsladung 66 wird beispielsweise hergestellt, indem Barren in einem separaten Ofen bei Temperaturen von zumindest 590°C und vorzugsweise oberhalb von 650°C geschmolzen werden, so dass die Legierungschemie erhalten wird, und indem die geschmolzene Aluminiumlegierungsladung 66 anschließend der Pfanne zugeführt wird. Sobald die geschmolzene Aluminiumlegierungsladung 66 in der Einschusshülse 78 vorhanden ist, bewegt sich der Kolben 80 aus seiner Anfangsposition mit einer relativ geringen Geschwindigkeit an dem Eingussloch 84 vorbei nach vorn und dichtet die Kammer 80 ab. Die Vorwärtsbewegung des Kolbens 80 nimmt anschließend dramatisch an Geschwindigkeit zu, um die geschmolzene Aluminiumlegierungsladung 66 durch den Einschusskanal 62 und den Kanal 64 sowie in den Formwerkzeughohlraum 54 hinein einzuleiten, wo dieser die Außenfläche 524 des Aluminium- oder Aluminiumlegierungseinsatzes 522 berührt. Wenn der Kolben 80 seine vordere Position erreicht und der Formwerkzeughohlraum 54 mit der geschmolzenen Aluminiumladung 66 gefüllt ist, wie es in 8 gezeigt ist, wird der Hydraulikdruck, der den Kolben 80 antreibt, derart geregelt, dass der Druck, der auf die Ladung 66 in dem Formwerkzeughohlraum 54 ausgeübt wird, vorzugsweise zwischen ungefähr 1.500 psi und ungefähr 30.500 psi (10 MPa und 210 MPa) und am bevorzugtesten zwischen ungefähr 10.000 psi und 25.000 psi (69 MPa und 172 MPa) liegt.
Es wird ermöglicht, dass die geschmolzene Aluminiumlegierungsladung 66 in dem Formwerkzeughohlraum 54 über der Außenfläche 524 des Aluminium- oder Aluminiumlegierungseinsatzes 522 und um diesen herum abgekühlt und verfestigt, um das schwingungsgedämpfte Kraftfahrzeug-Antriebsstrangelement 510 zu bilden. Die hydraulische Klemmkraft, die zwischen der feststehenden und der bewegbaren Auflageplatte 68, 70 ausgeübt wird, und der Druck, der durch den Kolben 80 auf die geschmolzene Aluminiumlegierungsladung 66 ausgeübt wird, werden während der Verfestigung aufrechterhalten, während ein Kühlfluid durch das wieder verwendbare Formwerkzeug 52 zirkuliert wird, um die Wärmeabfuhr zu unterstützen. Die Verfestigung der geschmolzenen Aluminiumlegierungsladung 66 um den Aluminium- oder Aluminiumlegierungseinsatz 522 herum löst aufgrund der schützenden Natur des Oxidfilms keine metallurgische Verbindung zwischen der Innenfläche des Kraftfahrzeug-Antriebsstrangelements und der benachbarten Außenfläche 524 des Aluminium- oder Aluminiumlegierungseinsatzes 522 aus; stattdessen wird eine nicht verbundene Schnittstelle 528 gebildet, die das gegossene Kraftfahrzeug-Antriebsstrangelement 510 aus einer Aluminiumlegierung mit dessen Schwingungsdämpfungsfähigkeit versieht, wie es vorstehend beschrieben ist.
Nachdem eine bestimmte Zeitspanne verstrichen ist, üblicherweise zwischen einer und fünf Minuten, werden schließlich der Hydraulikdruck, der durch den Kolben 80 ausgeübt wird, und die hydraulische Klemmkraft, die zwischen der feststehenden und der bewegbaren Auflageplatte 68, 70 aufgebaut ist, gelockert. Der Kolben 80 wird anschließend in seine Anfangsposition zurückgezogen, und die bewegbare Auflageplatte 70 wird von der feststehenden Auflageplatte 68 wegbewegt, um die Abdeckungs-Formwerkzeughälfte und die Ejektor-Formwerkzeughälfte 56, 58 zu separieren, wie es in 9 gezeigt ist. Das gegossene Kraftfahrzeug-Antriebsstrangelement wird während der Öffnung des wieder verwendbaren Formwerkzeugs 52 vorübergehend in der Ejektor-Formwerkzeughälfte 58 gehalten. Die auseinander laufende Bewegung der Ejektor-Formwerkzeughälfte 58 bewirkt jedoch, dass sich die stationären Ejektorstifte 74 durch die Ejektor-Formwerkzeughälfte 58 hindurch erstrecken und das gegossene Kraftfahrzeug-Antriebsstrangelement 510 vorsichtig separieren, um das Entfernen zu ermöglichen. Das entnommene schwingungsgedämpfte Präzisionsguss-Kraftfahrzeugelement 510 für einen Antriebsstrang wird anschließend weiter abgekühlt und/oder maschinell bearbeitet, wenn dies erforderlich ist, um dessen endgültige Form zu realisieren. Ein weiterer Zyklus des Kaltkammer-Druckgießprozesses kann nun wiederholt werden, indem weiteres Schmiermittel auf den Formwerkzeughohlraum 54 angewendet wird und indem ein weiterer Aluminium- oder Aluminiumlegierungseinsatz 522 an der vorbestimmten Position angeordnet wird.
Der Kaltkammer-Druckgießprozess, der gerade beschrieben wurde, ist eine bevorzugte beispielhafte Ausführungsform eines Präzisionsgießprozesses, der zum Herstellen des schwingungsgedämpften Kraftfahrzeug-Antriebsstrangelements 510 aus einer Aluminiumlegierung angewendet werden kann. Andere Präzisionsgießprozesse, die ein wieder verwendbares Formwerkzeug verwenden, können jedoch ebenso dasselbe Ergebnis erreichen. Ein Pressgießprozess umfasst beispielsweise, dass der Aluminium- oder Aluminiumlegierungseinsatz 522 in einem Teil eines Formwerkzeughohlraums, der durch eine Formwerkzeughälfte definiert wird, angeordnet wird, dass die geschmolzene Aluminiumlegierungsladung 66 in dem Teil des Formwerkzeughohlraums eingeleitet wird und dass anschließend das wieder verwendbare Formwerkzeug derart geschlossen wird, dass die andere Formwerkzeughälfte einen Druck auf die Aluminiumlegierungsladung 66 ausübt, nachdem die Verfestigung begonnen hat. Gemäß einem anderen Beispiel umfasst ein Schwerkraftgießprozess (der manchmal als ein Permanentformgießen bezeichnet wird), der dem Kaltkammer-Druckgießen ziemlich ähnlich ist, dass die geschmolzene Aluminiumlegierungsladung unter der Schwerkraft anstatt durch den Hochdruck-Injektionsmechanismus 76 für eine geschmolzene Aluminiumlegierung in den Formwerkzeughohlraum eingeleitet wird.
Die vorstehende Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen ist nur beschreibender Natur und soll den Umfang der Ansprüche, die nachfolgen, nicht einschränken. Jeder der Ausdrücke, die in den beigefügten Ansprüchen verwendet werden, sollte seine ursprüngliche und herkömmliche Bedeutung erhalten, wenn es nicht speziell und eindeutig auf andere Weise in der Beschreibung angegeben ist.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines schwingungsgedämpften Präzisionsguss-Kraftfahrzeugelements aus einer Aluminiumlegierung für einen Fahrzeugantriebsstrang, wobei das Verfahren umfasst, dass: ein Einsatz erhalten wird, der aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung konstruiert ist und einen Oxidfilm umfasst, der an einer Außenfläche des Einsatzes freiliegt; der Einsatz in einem Formwerkzeughohlraum angeordnet wird, der in einem wieder verwendbaren Präzisions-Gießformwerkzeug definiert ist, wobei der Formwerkzeughohlraum derart geformt ist, dass er einem Kraftfahrzeugelement für einen Fahrzeugantriebsstrang ähnlich ist; eine geschmolzene Aluminiumlegierungsladung unter einem ausgeübten erhöhten Druck in den Formwerkzeughohlraum und in einen Kontakt mit der Außenfläche des Einsatzes eingeleitet wird; und die geschmolzene Aluminium- oder Aluminiumlegierungsladung über der Außenfläche des Einsatzes verfestigt wird, um das Kraftfahrzeugelement mit einer nichtverbundenen Schnittstelle zwischen einer Innenfläche des Kraftfahrzeugelements und der Außenfläche des Einsatzes zu bilden, so dass eine Reibungskontaktbewegung zwischen diese Flächen auftritt, wenn das Kraftfahrzeugelement einer Schwingungsanregung ausgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Erhalten des Einsatzes umfasst, dass der Oxidfilm an der Außenfläche des Einsatzes durch eine Anodisierung entweder einer blanken oder einer passivierten Aluminium- oder Aluminiumlegierungsoberfläche des Einsatzes gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Oxidfilm eine Dicke zwischen ungefähr 1 nm und ungefähr 20 μm aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erhöhte Druck, der auf die geschmolzene Aluminiumlegierungsladung in dem Formwerkzeughohlraum ausgeübt wird, in dem Bereich von ungefähr 1.500 psi (10 MPa) bis ungefähr 30.500 psi (210 MPa) liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Kraftfahrzeug-Antriebsstrangelement ein Gehäuse ist, das eine Strukturwand mit einer Innenfläche und einer Außenfläche aufweist, wobei die Strukturwand eine Dicke zwischen der Innen- und der Außenfläche von ungefähr 2 mm bis ungefähr 20 mm aufweist und wobei der Aluminium- oder Aluminiumlegierungseinsatz innerhalb der Strukturwand angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Aluminium- oder Aluminiumlegierungseinsatz in der Strukturwand zwischen der Innen- und der Außenfläche angeordnet ist und wobei der Aluminium- oder Aluminiumlegierungseinsatz eine Dicke aufweist, gemessen in einer Richtung in Übereinstimmung mit der Dicke der Strukturwand von der Innenfläche bis zu der Außenfläche, die zwischen ungefähr 10% bis ungefähr 70% der Dicke der Strukturwand beträgt.
Schwingungsgedämpftes Präzisionsguss-Kraftfahrzeugelement aus einer Aluminiumlegierung für einen Fahrzeugantriebsstrang, umfassend: ein Präzisionsguss-Kraftfahrzeugelement aus einer Aluminiumlegierung für einen Fahrzeugantriebsstrang, das aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung konstruiert ist und eine Innenfläche aufweist; und einen Einsatz, der in dem Präzisionsguss-Kraftfahrzeugelement aus einer Aluminiumlegierung angeordnet ist, wobei der Einsatz aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung konstruiert ist und eine Außenfläche umfasst, die eine nicht verbundene Schnittstelle mit der Innenfläche des Kraftfahrzeugelements bildet, wobei die Außenfläche des Aluminiumeinsatzes einen Oxidfilm aufweist, der an der nicht verbundenen Schnittstelle der Außenfläche des Einsatzes und der Innenfläche des Kraftfahrzeugelements freiliegt.
Schwingungsgedämpftes Präzisionsguss-Kraftfahrzeugelement aus einer Aluminiumlegierung für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang nach Anspruch 7, wobei das Kraftfahrzeug-Antriebsstrangelement ein Gehäuse ist, das eine Strukturwand mit einer Innenfläche und einer Außenfläche aufweist, wobei die Strukturwand eine Dicke zwischen der Innen- und der Außenfläche von ungefähr 2 mm bis ungefähr 20 mm aufweist und wobei der Aluminium- oder Aluminiumlegierungseinsatz innerhalb der Strukturwand angeordnet ist.
Schwingungsgedämpftes Präzisionsguss-Kraftfahrzeugelement aus einer Aluminiumlegierung für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang nach Anspruch 7 oder 8, wobei der Aluminium- oder Aluminiumlegierungseinsatz in der Strukturwand zwischen der Innen- und der Außenfläche angeordnet ist und wobei der Aluminium- oder Aluminiumlegierungseinsatz eine Dicke aufweist, gemessen in einer Richtung in Übereinstimmung mit der Dicke der Strukturwand von der Innenfläche bis zu der Außenfläche, die zwischen ungefähr 10% bis ungefähr 70% der Dicke der Strukturwand beträgt.
Schwingungsgedämpftes Präzisionsguss-Kraftfahrzeugelement aus einer Aluminiumlegierung für einen Fahrzeugantriebsstrang nach Anspruch 7, wobei der Aluminium- oder Aluminiumlegierungseinsatz nicht mit einer Beschichtung bedeckt ist, die feuerfeste Partikel umfasst.