Heutzutage werden die Zylinderblöcke bzw. Kurbelgehäuse von
Verbrennungsmotoren zur Verminderung des Gewichts im allgemeinen
aus legiertem Aluminium gefertigt. Kostengünstige, gut formbare und gut
zu bearbeitende Aluminiumlegierungen sind jedoch mit dem Nachteil
einer verhältnismäßig niedrigen
Warmfestigkeit und einem schlechten Verschleißwiderstand an den Kolbenlaufflächen der
Zylinderbohrungen verbunden. Derartige Laufflächen sind deshalb als direkte
Laufpartner für
die Kolben mit Kolbenringen ungeeignet.
Um die Verschleißfestigkeit der Kolbenlaufflächen zu
erhöhen,
ist bekannt Zylinderlaufbuchsen vorzusehen, die beispielsweise aus
einer übereutektischen
Aluminium-Silizium-Legierung gefertigt sind.
Problematisch ist hierbei die verschieb-
und drehsichere Fixierung der Zylinderlaufbuchsen im Zylinderblock
bzw. Kurbelgehäuse.
Diese werden hierzu entweder nachträglich in den fertig bearbeiteten
Zylinderblock eingesetzt, insbesondere eingepresst oder thermisch
gefügt,
oder beim Gießen
des Zylinderblocks mit der Aluminiumlegierung umgossen, wobei das
Eingießen
der Zylinderlaufbuchsen als der bevorzugte Fertigungsprozess angesehen werden
kann.
Beim Eingießen der Zylinderlaufbuchsen werden
diese bislang einzeln in die Gießform des Kurbelgehäuses eingelegt,
beispielsweise auf konische Pinolen aufgesteckt, und anschließend mit
der Aluminiumlegierung umgossen (siehe z. B.
DE 19904971 A1 ). Wenn keine
besonderen Vorkehrungen getroffen werden, wirft jedoch auch dieses
Verfahren technische Probleme auf, die sich insbesondere aus einer
minimal einzuhaltenden Stegbreite zwischen den Laufbuchsen beim
Eingießen
ergeben. So ist es bei dem üblicherweise
eingesetzten Druckgussverfahren notwendig, einen Abstand von wenigstens
einigen Millimetern (im allgemeinen 2–3 mm) zwischen den Laufbuchsen
einzuhalten, damit eine vollständige
Füllung
des Raums zwischen den Laufbuchsen mit Schmelze gewährleistet
ist und die Laufbuchsen nach Erkalten der Schmelze verschieb- und
drehsicher im Zylinderblock fixiert sind. Dies gilt umso mehr für die langsam
füllenden
Gießverfahren, wie
Kokillenguss und Sandguss, bei denen für ein vollständiges Eingießen der
Laufbuchsen noch wesentlich größere Abstände zwischen
den Laufbuchsen eingehalten werden müssen.
Bei der Fertigung von Verbrennungsmotoren ist
der Zylinderbohrungsmittenabstand eine zentrale Größe bei der
Auslegung des Motors, deren Änderung
weit reichende konstruktive Änderung
nach sich ziehen würde.
Um derartige Schwierigkeiten zu vermeiden, wird der Zylinderbohrungsmittenabstand
in praxi als quasi konstante Größe angesehen.
Gleiche Einschränkungen
gelten auch für
die Baulänge
des Zylinderblocks und damit einhergehend die maximale Länge der
darin eingegossenen Laufbuchsen, welche den maximal möglichen
Kolbenhub vorgibt. Hieraus folgt, dass durch den gießtechnisch
bedingten notwendigen Minimalabstand zwischen den Laufbuchsen, welcher
den Durchmesser der Zylinderräume
limitiert, bei einer gegebenen Auslegung des Motors dem maximal
erzielbaren Hubraum nachteilige Einschränkungen auferlegt sind.
Ferner hat sich gezeigt, dass wenn
der Abstand zwischen den in den Zylinderblock eingegossenen Laufbuchsen
klein ist, die Festigkeit des Stegbereichs zwischen den Laufbuchsen
abnimmt. Dies gilt insbesondere für die Verwindungssteifigkeit
des Zylinderkurbelgehäuses,
welches beim Betrieb des Verbrennungsmotors bekanntlich hohen tordierenden
Belastungen standhalten muss. Vor allem wenn der Verbrennungsmotor
mit hohen Drehzahlen läuft, besteht
die Gefahr, dass Risse oder Brüche
im Stegbereich zwischen den Laufbuchsen auftreten, welche schlimmstenfalls
eine Lockerung der Laufbuchsen und einen dadurch bedingten Ausfall
des Motors zur Folge haben können.
Als weiterer Punkt ist anzuführen, dass
in modernen Verbrennungsmotoren die zwischen Zylinderkopf und Zylinderblock
befindliche Zylinderkopfdichtung aufgrund immer höherer Temperaturen
und Drücke
im Brennraum immer stärker
belastet wird. Um Undichtigkeiten zu vermeiden, muss der Zylinderkopf
deshalb mit einer ausreichend hohen Kraft auf den Zylinderblock
gedrückt
("vorgespannt") werden, wobei jedoch
zu beachten ist, dass eine zu hohe Presskraft zu unerwünschten
Formänderungen
an Zylinderkopf oder Zylinderblock führen kann. Insbesondere wird
durch eine hohe Presskraft des Zylinderkopfs eine plastische Verformung
von Material unterhalb der Zylinderkopfdichtung ("Druckkriechen") begünstigt.
Dieser Effekt tritt vor allem im Bereich der Stege unterhalb der
in dieser Hinsicht nachteiligen Sicken der Zylinderkopfdichtung
auf, wodurch insbesondere bei Vorliegen kleiner Zylinderbohrungsmittenabstände Undichtigkeiten
entstehen können.
Weiterhin tritt bei den herkömmlichen
Verfahren zum Eingießen
der Laufbuchsen in das Kurbelgehäuse
bzw. den Zylinderblock oft das Problem auf, dass die auf die Pinolen
aufgesteckten Laufbuchsen nicht hinreichend fest fixiert werden
können
und sich während
des Eingießprozesses
bewegen, was sich in der Praxis als ein häufiger Grund für die Produktion von
Ausschuss erwiesen hat.
Ferner tritt beim Eingießen der
Laufbuchsen mittels der langsam füllenden Gießverfahren, wie Kokillenguss
und Sandguss, das äußerst schwer
wiegende Problem auf, dass eine die Schmelze umhüllende Oxidhaut eine metallische
Bindung zwischen der Leichtmetall-Legierung des Kurbelgehäuses und der
Leichtmetall-Legierung der Zylinderlaufbuchse verhindert. Für eine gute
Anbindung der Laufbuchsen ist es jedoch notwendig, dass die Laufbuchsen an
ihrer Außenhaut
von dem umgossenen Material leicht angeschmolzen werden. Hierfür muss die
Temperatur der Schmelze erhöht
werden, was jedoch – da
die Laufbuchsen und das Kurbelgehäuse im allgemeinen aus einer
sehr ähnlichen
Legierung bestehen – ein
zumindest teilweises Durchschmelzen der Zylinderlaufbuchse wahrscheinlich
macht. Das Prozessfenster für
eine ausreichende Anbindung von Laufbuchsen und Zylinderblock bzw.
Kurbelgehäuse, ohne
dass dabei ein wenigstens teilweises Durchschmelzen der Laufbuchsen
auftreten kann, ist wegen des wesentlich größeren Volumens des Kurbelgehäuses gegenüber den
Laufbuchsen für
eine Serienfertigung jedoch nicht beherrschbar. Bei den langsam
füllenden
Gießverfahren
müssen
deshalb Vorkehrungen getroffen werden, um ein zumindest teilweises
Durchschmelzen zu verhindern.
DE 33 00 924 C2 zeigt eine Vorrichtung zur Kühlung von
Zylinderstegen, bei welcher eng und direkt zusammengegossene Zylinder
(z. B. Zwillingsbuchsen) eines Zylinderblocks verwendet werden.
DE 195 32 252 C2 zeigt
ein Verfahren zur Herstellung von Zylinderlaufbuchsen aus einer übereutektischen Al-Si-Legierung.
DE 696 11 751 T2 zeigt
ein Verfahren zur Herstel lung von Zylinderblöcken, bei welchem zunächst Zylinderbuchsen
in einer Buchsenanordnung verbunden werden, und anschließend die Buchsenanordnung
in einer Gussform umgossen wird.
DE 692 28 954 T2 zeigt ein Gussverfahren
eines Zylinderblocks, bei welchem miteinander verbundene Zylinderbuchsen
zur Herstellung eines Zylinderblocks eingegossen werden.
DE 100 19 793 C1 zeigt
ein Verfahren zur Herstellung einer Zylinderlaufbuchse für Verbrennungskraftmaschinen
durch thermisches Aufspritzen einer Verschleißschicht, sowie einer Deckschicht,
auf einen Stützkörper, wobei
die Verschleißschicht
eine übereutektische
Al-Si-Legierung aufweist, während
die Deckschicht eine eutektische oder untereutektische Al-Si-Legierung
aufweist.
DE 43 28
619 A1 zeigt zeigt ein partiell verstärktes Gussteil, sowie ein Verfahren
zu dessen Herstellung.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung
liegt darin, die eingangs geschilderten Nachteile der im Stand der
Technik bekannten Verfahren zum Eingießen von Hohlprofilen in einen
Zylinderblock bzw. ein Kurbelgehäuse
zu überwinden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Verfahren zum Herstellen eines Gussverbunds von zylindrischen Hohlprofilen
und Eingießen
des Gussverbunds in einen Zylinderblock bzw. Kurbelgehäuse eines
Verbrennungsmotors gemäß Anspruch 1
gelöst,
bei welchem Verfahren durch die aufeinanderfolgenden Schritte Sprühkompaktieren,
Warmstrangpressen und Warmumformen gefertigte, zylindrische Hohlprofile
aus einer Leichtmetall-Legierung mit eingelagerten Hartphasen, in
einer reihenförmigen
Anordnung, in welcher der Achsenabstand der Hohlprofile dem Zylinderbohrungsmittenabstand
des Zylinderblocks entspricht, von einer Leichtmetall-Legierung
ohne eingelagerte Hartphasen umgossen werden, und der Gussverbund
in einer den Zylinderblock formen den Gießform positioniert und mit Leichtmetallwerkstoff
umgossen wird.
Erfindungsgemäß wird zu diesem Zweck ein Gussverbund
aus zylinderförmigen
Hohlprofilen aus einer Leichtmetall-Legierung mit eingelagerten
Hartphasen zum Eingießen
in einen Zylinderblock bzw. ein Kurbelgehäuse als Zylinderlaufbuchsen
eines Verbrennungsmotors gezeigt, bei welchem eine Mehrzahl von
Hohlprofilen in einer reihenförmigen Anordnung,
in welcher der Abstand zwischen den Hohlprofilachsen dem Zylinderbohrungsmittenabstand
des Zylinderblocks bzw. Kurbelgehäuse entspricht, mit einer Leichtmetall-Legierung
umgossen ist. Die Anordnung der umgossenen Hohlprofile entspricht
somit einer vorgegebenen Anordnung der Zylinderräume des Zylinderblocks.
Da die Volumina von Umguss und Hohlprofile
vorteilhaft im wesentlichen ungefähr gleich groß gewählt werden
können,
kann erfindungsgemäß eine gute
Anbindung der Hohlprofile an den Umguss durch ein leichtes Anschmelzen
der äußeren Umfangsflächen der
Hohlprofile – ohne
dass gleichzeitig ein Durchschmelzen der Hohlprofile wahrscheinlich ist – erreicht
werden. In einem anschließenden
zweiten Schritt wird der Gussverbund aus Hohlprofilen in den Zylinderblock
bzw. das Kurbelgehäuse
eingegossen, wobei das Umgussmaterial als "Opfermaterial" aufgefasst werden kann. Die Außenhaut
des Umgussmaterials kann für
eine gute Anbindung des Gussverbunds im Zylinderblock bzw. Kurbelgehäuse von
der Schmelze angeschmolzen werden, ohne ein Durchschmelzen der Hohlprofile
befürchten
zu müssen,
da die Schmelzen im allgemeinen erstarrt ist, bevor sie die Hohlprofile
erreicht. Somit können
in vorteilhafter Weise insbesondere auch die langsam erstarrenden
Gießverfahren,
wie Kokillen- und Sandguss zum Eingießen des Gussverbunds in den
Zylinderblock eingesetzt werden.
Weiterhin ermöglicht das Bereitstellen von Opfermaterial,
dass die Wandstärke
der als Laufbuchsen einzugießenden
Hohlprofile vermindert werden kann, wodurch in ökonomischer Weise das für die Anforderungen
als Laufbuchse speziell angepasste, und im allgemeinen vergleichsweise
teure, Material eingespart werden kann.
Um genügend Opfermaterial für das Eingießen des
Gussverbunds in den Zylinderblock bzw. das Kurbelgehäuse zur
Verfügung
zu haben, weist der Umguss vorteilhaft eine minimale Dicke im Bereich von
2–5 mm
auf.
Probate Gießverfahren zum Umgießen der Hohlprofile
sind beispielsweise Niederdrucksandguss oder Niederdruckkokillenguss.
Grundsätzlich kann
aber jedes beliebige Gießverfahren
zu diesem Zweck eingesetzt werden.
Bei dem Material zum Umgießen der
Hohlprofile handelt es sich vorteilhaft um gut formbare Leichtmetall-Legierungen,
beispielsweise Aluminiumlegierungen, bei welchen auf einen übereutektischen
Gehalt von Hartphasen ergebenden Elementen verzichtet werden kann.
Vorzugsweise wird zum Umgießen
der Hohlprofile und zum Gießen
des Zylinderblocks bzw. Kurbelgehäuses eine gleiche Leichtmetall-Legierung
verwendet.
Da die Hohlprofile bereits umgossen
sind, und deshalb beim Eingießen
des Gussverbunds in den Zylinderblock keine Schmelze mehr in den
Zwischenraum zwischen den Hohlprofilen fließen muss, kann der Abstand
zwischen den als Laufbuchsen einzugießenden Hohlprofilen in vorteilhafter
Weise kleiner als beim herkömmlichen
Eingießen
von einzelnen Laufbuchsen gewählt
werden. Die Hohlprofile können
auch ohne jeglichen Abstand, d. h. bei Berührung ihrer äußeren Umfangsflächen, umgossen
und im Gussverbund als Zylinderlaufbuchsen in einen Zylinderblock
eingegossen werden. Dies ermöglicht
bei gegebenem Zylinderboh rungsmittenabstand den Durchmesser der
Laufbuchsen gegenüber
dem Stand der Technik zu vergrößern und
ermöglicht
somit die Bereitstellung eines größeren Zylinderhubraums. In
vorteilhafter Weise sind also bei gleichbleibender Hublänge und
gleichbleibendem Zylinderbohrungsmittenabstand größere Hubräume und
damit höhere
Leistungen des Verbrennungsmotors möglich.
Eine dreh- und verschiebesichere
Fixierung der Zylinderlaufbuchsen ist bei dem erfindungsgemäßen Hohlprofilgussverbund,
selbst bei sehr kleinen oder verschwindenden Laufbuchsenabständen, durch
die gute Anbindung der Hohlprofile im Umgusss und die gute Anbindung
des Umguss an den Zylinderblock bzw. das Kurbelgehäuse stets
gewährleistet.
Ein Lösen
einzelner Laufbuchsen aus dem Gussverbund während des Betriebs des Verbrennungsmotors
ist, im Unterschied zum Stand der Technik, wo vor allem bei sehr
kleinen Stegbreiten zwischen den Laufbuchsen und bei hohen Drehzahlen
des Verbrennungsmotors die Gefahr einer Lockerung einzelner Laufbuchsen
besteht, nicht zu befürchten.
Darüber
hinaus ist durch den starren Gussverbund der Hohlprofile die Verwindungssteifigkeit von
Zylinderblock bzw. Kurbelgehäuse
deutlich verbessert.
Beim Eingießen des Gussverbunds zeigt sich
weiterhin der Vorteil, dass im Unterschied zum Stand der Technik,
wo jede Laufbuchse einzeln positioniert fixiert werden muss, der
Gussverbund nur als Ganzes positioniert und fixiert zu werden braucht. Eine
Bewegung einzelner Hohlprofile beim Eingießen ist durch den Gussverbund
verhindert. Eine Positionierung und Fixierung des Gussverbunds ist grundsätzlich einfacher,
sicherer und vor allem auch schneller zu bewerkstelligen als wie
bei einzelnen Laufbuchsen. Dies trägt in vorteilhafter Weise dazu bei
die Ausschussquote bei der Fertigung der Zylinderblö cke bzw.
Kurbelgehäuse
zu reduzieren, und durch den gewonnenen Zeitvorteil das Verfahren
zu beschleunigen.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung
des erfindungsgemäßen Gussverbunds
von Hohlprofilen weisen die Hohlprofile in ihren äußeren Umfangsflächen Stoßflächen zur
gegenseitigen Anlage auf. Diese Stoßflächen können beispielsweise Abflachungen sein.
Abflachungen haben den besonderen Vorteil, dass die Hohlprofile
mit noch geringerem Abstand eingegossen werden können und dass dadurch, bei gegebenem
Zylinderbohrungsmittenabstand und gegebenem Längshub, sowie unter Berücksichtigung einer
mindestens notwendigen Wandstärke
der Hohlprofile, die Querschnittsfläche des Hohlprofils und damit
der Hubraum der Laufbuchse noch weiter vergrößert werden können.
Die Hohlprofile können im Gussverbund so umgossen
sein, dass ihre äußeren Umfangsflächen in
unmittelbaren Kontakt stehen; alternativ hierzu können die
Hohlprofile einen Abstand voneinander haben, so dass zwischen den
Hohlprofilen ein Stegbereich verbleibt. Insbesondere über die
Breite eines Stegbereichs kann der Abstand zwischen angrenzenden
Hohlprofilen variiert und entsprechend einem vorgegebenen Zylinderbohrungsmittenabstand
der eingegossenen Laufbuchsen gewählt werden.
Bei den modernen Verbrennungsmotoren
ist die Zylinderkopfdichtung aufgrund hoher Temperaturen und Drücke im Brennraum
immer stärkeren
Belastungen ausgesetzt, weshalb der Zylinderkopf mit sehr hoher
Presskraft auf den Zylinderblock aufgedrückt werden muss. Um die damit
verbunden nachteiligen Folgeerscheinungen (z. B. Druckkriechen)
zu vermeiden, ist es vorteilhaft, wenn durch eine Kühlung die
Fließgrenzen
des Materials nicht erreicht werden, und deshalb plastische Verformungen
vermieden werden können.
Zu diesem Zweck kann der erfindungsgemäße Gussverbund
zwischen den umgossenen Hohlprofilen in vorteilhafter Weise wenigstens
einen einseitig oder zweiseitig offenen Kanal zum Transport von
Kühlfluid
aufweisen. Ein solcher Kanal kann sich insbesondere auch im Stegbereich
zwischen den Hohlprofilen befinden, wenn die Hohlprofile so umgossen
sind, dass ihre äußeren Umfangsflächen nicht
unmittelbar Kontakt haben.
Durch eine Kühlung des den Kanal umgebenden
Materials durch Umpumpen von Kühlfluid
im Kanal, kann in vorteilhafter Weise das eingangs geschilderte
Materialdruckkriechen aufgrund einer hohen Vorspannung des Zylinderkopfs
vermieden werden.
Falls die Hohlprofile an ihren äußeren Umfangsflächen Kontakt
haben, ist ein derartiger Kühlkanal
vorzugsweise so gestaltet, dass er innerhalb der Kontaktstelle der
Hohlprofile in wenigstens einer der äußeren Umfangsflächen der
Hohlprofile ausgespart ist. So kann der Kanal entweder durch eine Aussparung
nur einer äußeren Umfangsfläche gebildet
sein, oder sich durch Aussparungen in den äußeren Umfangsflächen beider
Hohlprofile ergeben, wobei sich die Aussparungen zu einem Kanal
ergänzen.
Alternativ hierzu kann der Kanal
von einem zwischen den Hohlprofilen angeordneten Kanalhohlprofil
geformt sein, welches bei der Fertigung des Verbunds zwischen den
Hohlprofilen positioniert und anschließend umgossen wird. Weiterhin
kann der Kanal zum Transport von Kühlfluid von einem zwischen
den Hohlprofilen angeordneten Abstandsprofil geformt werden, welches
bei der Fertigung des Verbunds zwischen den Hohlprofilen positioniert
und anschließend
umgossen wurde. Das Abstandsprofil unterscheidet sich vom Kanalhohlprofil
dahingehend, dass der Kanal ausschließlich von dem Kanalhohlprofil
geformt ist, wäh rend
hierzu bei dem Abstandsprofil auch Abschnitte der äußeren Umfangsflächen der
angrenzenden Hohlprofile teilhaben.
Durch eine geeignete Wahl der Abmessungen
von Kanalhohlprofil oder Abstandsprofil längs der reihenförmigen Anordnung
der Hohlprofile lässt sich
zudem der Abstand der Hohlprofile im Hinblick auf einen vorgegebenen
Zylinderbohrungsmittenabstand variieren.
Ferner kann ein Kanal zum Transport
von Kühlfluid
auch in dem Umguss der Hohlprofile ausgespart sein. Zur Formung
derartiger Kanäle
werden beim Umgießen
der Hohlprofile geeignete Salz- oder Sandkerne
im Umgussmaterial positioniert.
Vorzugsweise befindet sich ein Kanal
zum Transport von Kühlfluid
im wesentlichen nur auf Höhe des
zur Verbrennung von Kraftstoff vorgesehenen Raums der als Laufbuchsen
eingegossenen Hohlprofile, um eine Kühlung der den hohen Temperaturen
am stärksten
ausgesetzten Bereiche zu bewirken. Insbesondere ist es bevorzugt,
wenn sich ein solcher Kanal im wesentlichen nur auf Höhe des der Zylinderkopfdichtung
angrenzenden Endes der als Laufbuchsen eingegossenen Hohlprofile
befindet, so dass vor allem der der Zylinderkopfdichtung angrenzende
Bereich gekühlt
wird, und ein Druckkriechen des unmittelbar unter der Zylinderkopfdichtung
befindlichen Materials unterdrückt
werden kann.
Erfindungsgemäß können die aus einer Leichtmetall-Legierung
mit eingelagerten Hartphasen gebildeten Hohlprofile aus einer gegebenenfalls übereutektischen
Aluminium-Silizium-Legierung bestehen. In dieser Legierung werden
die eingelagerten Hartphasen durch das Silizium gebildet. Andere
als Hartphasen in der Aluminiummatrix geeignete Elemente können beispielsweise
SiC, TiO oder AlO sein.
Der Gehalt von Silizium in der Aluminium-Silizium-Legierung
beträgt
vorteilhaft 12–40
Gew.-%, bevorzugt 17–30
Gew.-%, und insbesondere bevorzugt 25 Gew.-%, jeweils bezogen auf
das Gesamtgewicht der Legierung.
Die als Laufbuchsen einzugießenden Hohlprofile
aus Leichtmetall-Legierung mit eingelagerten Hartphasen, beispielsweise
aus einer übereutektischen
Aluminium-Silizium-Legierung, werden vorteilhaft durch das Sprühkompaktierverfahren
hergestellt, welches an sich bekannt ist, und hier deshalb nicht
näher erläutert werden
muss.
Bei dem Material zur Fertigung des
den Kühlkanal
bildenden Kanalhohlprofils handelt es sich vorteilhaft um gut formbare
Leichtmetall-Legierungen, beispielsweise Aluminiumlegierungen, bei
welchen auf einen übereutektischen
Gehalt von Hartphasen ergebenden Elementen verzichtet werden kann.
Die zum Umgießen der Hohlprofile verwendeten
Leichtmetall-Legierung
kann eine Aluminium-Silizium-Legierung sein, welche aufgrund der besseren
Formbarkeit vorteilhaft eine Legierung mit einem untereutektischen
Gehalt an Silizium ist. Bestehen auch die Hohlprofile aus einer
Aluminium-Silizium-Legierung so weist die zum Umgießen der Hohlprofile
verwendete Aluminium-Silizium-Legierung
vorzugsweise einen geringeren Si-Gehalt auf als die für die Hohlprofile
verwendete Aluminium-Silizium-Legierung.
Beispielsweise kann die Legierung der Hohlprofile einen Silizium-Gehalt
von 25 Gew.-% aufweisen und diejenige des Umgusses 9 Gew.-%, jeweils
bezogen auf das Gesamtgewicht der Legierung. Wird auch für den Zylinderblock
eine Aluminium- Silizium-Legierung
verwendet, so wird im allgemeinen der Silizium-Gehalt dieser Legierung
noch geringer als in der Legierung des Gussverbunds der Hohlprofile
sein, so dass der Si-Gehalt
der eingesetzten Legierungen, von innen nach außen graduell abnimmt. Dies
trägt in
vorteilhafter Weise dazu bei, dass thermische Spannungen aufgrund
der Unterschiedlichkeit der eingesetzten Legierungen vermindert
werden.
In dem erfindungsgemäßen Hohlprofilgussverbund
weisen die als Laufbuchsen einzugießenden Hohlprofile vorteilhaft
eine Wandstärke
im Bereich von 3–8
mm, insbesondere bevorzugt ungefähr
4 mm auf.
Der Gussverbund umfasst vorzugsweise 2, 3, 4, 5, 6 oder 8 Hohlprofile.
Beispielsweise kann ein Gussverbund aus 4 umgossenen Hohlprofilen
in den Zylinderblock eines Vierzylinder-Reihenmotors, oder in zweifacher Ausfertigung,
in den Zylinderblock eines V8-Motors (2 Reihen à 4 Zylinder) als Laufbuchsen
eingegossen werden. In entsprechender Weise kann ein V6-Motor mit
zwei einzelnen Gussverbünden
aus jeweils 3 umgossenen Hohlprofilen als Laufbuchsen bestückt werden.
Der Hohlprofilgussverbund ist zum
genauen und einfachen Positionieren beim Eingießen in einen Zylinderblock
bzw. ein Kurbelgehäuse
vorteilhaft mit Positionier- bzw. Kennmarken ausgestattet, welche zu
diesem Zweck am Gussverbund angebracht werden können.
Gegenstand der Erfindung ist ferner
ein Verfahren zum Herstellen eines wie vorstehend beschriebenen
erfindungsgemäßen Gussverbunds
aus Hohlprofilen, bei welchem durch die aufeinanderfolgenden Schritte
Sprühkompaktieren,
Warmstrangpressen und Warmumformen gefertigte zylindrische Hohlprofile
mit einer Leichtmetall-Legierung umgossen werden. Insbesondere werden
hierbei die durch das Sprühkompaktieren
erstellten Bolzen bei einer Temperatur im Bereich von 300–550°C warmstranggepresst
und anschließend
bei einer Temperatur von 300–450°C rundgeknetet.
Beim herkömmlichen Eingießen separater Hohlprofile
als Laufbuchsen in einen Zylinderblock, tritt oftmals das Problem
auf, dass die zu dem der Zylinderkopfdichtung angrenzenden Ende
fließende Schmelze
oftmals bereits soweit erkaltet ist, dass ein vollständiges Umgießen der
Hohlprofile nicht mehr gegeben ist und Buchsenabschnitte frei liegen.
Dies führt
dazu, dass derartige schlecht eingegossenen Laufbuchsen während des
Betriebs des Verbrennungsmotors zu vibrieren beginnen, wobei sich
die Laufbuchse schlimmstenfalls derart lockern kann, dass mit einem
Motorausfall zu rechnen ist.
Um dieses Problem zu vermeiden, ist
es beim erfindungsgemäßen Umgießen der
Hohlprofile zu einem Verbund besonders vorteilhaft, wenn die Hohlprofile
an dem als eingegossene Laufbuchsen der Zylinderkopfdichtung zugewandten
Ende übergossen
werden. Ein schlechtes Umgießen
der Hohlprofile durch "kalte" Schmelze ist somit
unerheblich, da die Hohlprofile bereits gut eingegossen sind. Das übergossene
Material kann anschließend
bei der Fertigstellung des Zylinderblocks wieder abgearbeitet werden.
Ferner betrifft die Erfindung ein
Verfahren zum Eingießen
eines wie oben beschriebenen erfindungsgemäßen Gussverbunds von Hohlprofilen,
bei welchem der Gussverbund in einer den Zylinderblock formenden
Gießform
positioniert und mit Leichtmetallwerkstoff umgossen wird. Hierbei
wird vorzugsweise das Druckgussverfahren eingesetzt. Vorteilhaft erfolgt
die Positionie rung des Hohlprofilgussverbunds in der Gießform durch
am Hohlprofilverbund angebrachte Positioniermarken. Wurde der Hohlprofilverbund
mit Kanälen
versehen, so ist es vorteilhaft, wenn in die Kanäle für Schmelze undurchlässige Salz-
oder Sandkerne eingebracht werden.