DE112006002538B4

DE112006002538B4 - Verfahren zum Gießen von Komponenten mit Einsätzen zur Geräuschreduzierung

Info

Publication number: DE112006002538B4
Application number: DE112006002538T
Authority: DE
Inventors: James G. Schroth; Michael D. Hanna; Richard H. Hammar; Omar S. Dessouki; Brent D. Lowe; Mark T. Riefe; Jeremy W. Short; Mark W. Verbrugge
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2005-09-20
Filing date: 2006-07-31
Publication date: 2011-12-01
Anticipated expiration: 2026-08-01
Also published as: CN101267902B; CN101267902A; WO2007035206A3; WO2007035206A2; DE112006002538T5; US7644750B2; US20070062664A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Gehäuseelements (10, 110, 210, 310, 410, 510, 610), umfassend die Schritte, dass: (A) mindestens ein Einsatz (12, 112, 212, 312, 412, 512, 612) in einer Form positioniert wird, wobei der mindestens eine Einsatz (12, 112, 212, 312, 412, 512, 612) zwei einander gegenüberliegende Flächen sowie einen Umfang aufweist und mit einer Beschichtung versehen wird; und (B) eine Wand (14, 114, 214, 314, 414, 514, 614) des Gehäuseelements (10, 110, 210, 310, 410, 510, 610) in der Form um den Umfang des Einsatzes herum gegossen wird, sodass ein Hauptabschnitt des Einsatzes (12, 112, 212, 312, 412, 512, 612) im Wesentlichen nicht mit dem Gussmaterial verbunden wird, um eine geeignete Grenzschicht mit dem Gussmaterial für eine Dämpfung vorzusehen; dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung in der Lage ist, eine Verbindung zwischen dem Einsatz (12, 112, 212, 312, 412, 512, 612) und dem Gussmaterial zu verhindern;...

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines geräuschdämpfenden Gehäuseelements gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie es beispielsweise aus der CH 428 319 A bekannt geworden ist.
Hintergrund der Erfindung
Fahrzeugmotorgeräusche, die in den Innenraum des Fahrzeuges übertragen werden, tragen zum Unbehagen eines Fahrers bei. In dem Versuch, die Übertragung der Geräusche von dem Motor in den Innenraum zu reduzieren, wurde eine Vielfalt an Verfahren angewendet, die die Verwendung von Polymerbeschichtungen auf Motorteilen, geräuschabsorbierenden Barrieren und Verbundarmaturenbrettern mit viskoelastischen Schichten einschließen. Weitere Bemühungen zur Geräuschreduzierung haben die Verwendung von geräuschreduzierenden Motorbefestigungskonstruktionen beinhaltet, die aktive Motorbefestigungen umfassen, welche Aktuatoren mit einem magnetorheologischen Fluid verwenden. Während derzeitige Bemühungen zur Geräuschreduzierung eine positive Wirkung auf die Reduzierung der Übertragung der Geräusche in den Innenraum zeigen können, bleibt dennoch ein Bedarf auf diesem Gebiet, sich mit dem Problem in Verbindung mit der Quelle der Geräusche auseinanderzusetzen. Demgemäß besteht auf diesem Gebiet Bedarf an alternativen Wegen zur Dämpfung von Fahrzeuggeräuschen.
Die US 2006/0076200 A1 lehrt durch Coulomb-Reibung gedämpfte Scheibenbremsenrotor-Konfigurationen, die einen Einsatz innerhalb des Rotors aufweisen, um eine verbesserte Dämpfung vorzusehen. Ferner beschreibt die DE 27 39 074 A1 ein Körperschall dämpfendes Gussteil, das zu Dämpfungszwecken mehrschichtig aufgebaut ist, wobei die Schichten allenfalls an einzelnen Punkten miteinander verbunden sind. Auch offenbart die US 2006/0186589 A1 Dämpfungselemente, die in einem leeren Raum einer Fahrzeugantriebskomponente zur Geräuschdämpfung positioniert sind. Des Weiteren lehrt die US 2007/0056815 A1 mit dem Titel „Bi-Metal Disc Brake Rotor and Method of Manufacturing” ein Verfahren zur Herstellung eines reibungsgedämpften Scheibenbremsenrotors, das die Schritte umfasst, dass: (A) mindestens ein Einsatz in einer Form positioniert wird, wobei der Einsatz einen Körper mit sich davon weg erstreckenden Lappen aufweist, um den Einsatz in einer gewünschten Position innerhalb der Form zu halten; und (B) eine Rotorwange des Scheibenbremsenrotors in der Form derart um den Einsatz herum gegossen wird, dass ein Abschnitt eines jeden Lappens mit der Rotorwange verbunden ist und der Körper im Wesentlichen nicht mit der Rotorwange verbunden ist, sodass der Körper eine geeignete Grenzschicht mit der Wange zum Dämpfen bereitstellt, während die Verbindung der Lappen mit der Rotorwange verhindert, dass korrosionsverursachende äußere Elemente die Grenzschicht erreichen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung sieht ein Verfahren zur Herstellung eines Antriebskomponenten-Gehäuseelements vor, das die Schritte gemäß Anspruch 1 umfasst.
Die Lappen können den Einsatz in einer aufgehängten Position innerhalb einer Form für das Gießen tragen. Der Einsatz ist mit einer Beschichtung versehen und die Beschichtung wird vor dem Gießen von den Lappen abgewaschen, um eine zumindest teilweise Verbindung der Lappen mit der Gusswand des Antriebskomponenten-Gehäuseelements zu erzielen. Alternativ können die Lappen mit Graphit oder einem anderen geeigneten Mittel beschichtet sein, um die Verbindung mit der Wand zu erzielen.
Während ein Abschnitt eines jeden Lappens mit der Wand verbunden ist, wird verhindert, dass korrosionsverursachende äußere Elemente die Grenzschicht erreichen.
Der Einsatz kann eine flache oder gekrümmte Verbundkomponente sein oder er kann eine Komponente mit einer großen Oberfläche wie z. B. ein Bündel von Drähten etc. sein, die eine größere Oberfläche für Grenzschichten bereitstellen würde und dadurch die Dämpfung erhöht.
Die Erfindung wurde für einen Grauguss um einen Stahleinsatz herum demonstriert, allerdings sollte eine ähnliche Wirkung erzielt werden, wenn ein Einsatz in Aluminium- oder Magnesiumlegierungen gegossen wird. Ebenso wie bei der Gusseisen/Stahleinsatz-Anordnung, muss eine Haftung der Gussstruktur an dem Einsatz durch Verwendung einer Trägerbeschichtung oder durch die Wahl eines Einsatzmaterials, das durch das Gussmaterial nicht „nass” wird (d. h. geschmolzen, um eine Verbindung zu bewirken), vermieden werden. Ein Aluminiumeinsatz könnte anstelle von Stahl verwendet werden, vorausgesetzt, er löst sich nicht auf und besitzt einen höheren Schmelzpunkt als das Gussmetall.
Die Erfindung kann auch auf andere Produkte als Antriebskomponenten wie z. B. Achsschenkel, Querlenker, Gussträger, Armaturenbrett-Gussholme oder ein beliebiges strukturelles oder Gehäusegussstück anwendbar sein. Auch kann die Erfindung Traktionsantriebsmotoren für Hybrid-Elektro- und rein elektrische Antriebssysteme wie auch für Umfassungen/Gehäuse für Hochspannungsschütze nutzen. Weitere mögliche Anwendungen umfassen jede beliebige Struktur, die im Betrieb hörbare und unerwünschte Geräusche erzeugt, wie z. B. Fertigungsmaschinen, Eisenbahnausrüstungen, Passagierflugzeuge etc. Allerdings scheint die Erfindung besonders gut für Antriebskomponenten geeignet zu sein, die eine oder mehrere rotierende, geräuscherzeugende Komponenten eines Fahrzeugantriebs beherbergen oder umschließen.
Diese und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform besser verständlich.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines Elektroantriebsmotorgehäuses, das einen Gusseinsatz gemäß der Erfindung aufweist;
2 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines Getriebegehäuses, das Gusseinsätze gemäß der Erfindung auf weist;
3 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines Abgaskrümmers, der Gusseinsätze gemäß der Erfindung aufweist;
4 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines Zylinderkopfes, der Gusseinsätze gemäß der Erfindung aufweist;
5 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines Differenzialgehäuses, das Gusseinsätze gemäß der Erfindung aufweist;
6 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines Motorblockes, der Gusseinsätze gemäß der Erfindung aufweist;
7 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines Hinterseitengehäuses, das Gusseinsätze gemäß der Erfindung aufweist.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Die Erfindung sieht ein Verfahren zur Herstellung eines Antriebskomponenten-Gehäuseelements vor, das die Schritte gemäß Anspruch 1 umfasst.
Vorzugsweise ist der Einsatz innerhalb des Formhohlraumes durch einen nicht beschichteten Lappen getragen, wie in der oben erwähnten US 2007/0056815 A1 beschrieben, die ein Verfahren zur Herstellung eines reibungsgedämpften Scheibenbremsenrotors lehrt, welches die Schritte umfasst, dass: (A) mindestens ein Einsatz in einer Form positioniert wird, wobei der Einsatz einen Körper mit sich davon weg erstreckenden Lappen aufweist, um den Einsatz in einer gewünschten Position innerhalb der Form zu halten; und (B) eine Rotorwange des Scheibenbremsenrotors in der Form derart um den Einsatz herum gegossen wird, dass ein Abschnitt jedes Lappens mit der Rotorwange verbunden ist und der Körper im Wesentlichen nicht mit der Rotorwange verbunden ist, sodass der Körper eine geeignete Grenzschicht mit der Wange zum Dämpfen bereitstellt, während die Verbindung der Lappen mit der Rotorwange verhindert, dass korrosionsverursachende äußere Elemente die Grenzschicht erreichen. Weitere Details in Bezug auf die Beschichtung und das Verfahren finden sich in der US 2007/0062768 A1 .
Unter Bezugnahme auf 1 ist eine schematische perspektivische Darstellung eines Elektroantriebsmotorgehäuses 10 mit einem Einsatz 12 gezeigt, der in die Umfangswand 14 des Elektroantriebsmotorgehäuses gemäß der Erfindung gegossen ist. Der Einsatz 12 wird vorzugsweise vor dem Gießen beschichtet, um eine geeignete Grenzschicht zwischen dem Einsatz 12 und der Wand 14 vorzusehen und ein „Nasswerden” und eine Verbindung des Einsatzes 12 mit der Wand 14 zu verhindern. Der Einsatz 12 ist mit Lappen 16, 18 um den Umfang versehen, um den Einsatz in einer aufgehängten Position innerhalb eines Formhohlraumes für das Gießen zu tragen. Die Lappen sind nicht beschichtet, um das Nasswerden und die Verbindung zwischen den Lappen 16, 18 und der Wand 14 zu verbessern und zu verhindern, dass unerwünschte korrosionsverursachende Elemente die Grenzschicht zwischen dem Einsatz 12 und der Wand 14 erreichen.
Der Einsatz 12 ist eine vorgefertigte Stahl- oder Aluminiumkomponente mit einer Beschichtung auf gegenüberliegenden Flächen davon. Diese beschichteten Flächen verbinden sich während des Gießvorgangs nicht mit dem Gussmetall. Das Fehlen eines „Nasswerden” oder einer Affinität entlang dieser beschichteten Flächen erzeugt die gewünschte Grenzschicht für die Dämpfung. Allerdings sind die Lappen 16, 18 wiederum auf eine Weise ausgebildet, dass sie sich mit dem Gussmetall der Wand 14 verbinden. Diese Verbindung kann erreicht werden, indem die Lappen zuerst mit demselben Material beschichtet werden, das die beschichteten Flächen des Einsatzes bildet, und dann die Beschichtung von den Lappen entfernt wird, um die Beschichtung lokal zu entfernen und zuzulassen, dass die Lappen an das Gusseisen (oder die Aluminium- oder Magnesiumlegierung) mikrogeschweißt werden, um den Rest der Einsatz/Eisen-Grenzfläche wirksam gegen ein Eindringen von Wasser oder anderen Elementen von außerhalb des Gusses abzudichten. Alternativ kann eine Graphit- oder eine andere geeignete Beschichtung auf die Lappen aufgebracht werden, um die Verbindung mit dem Gussmetall zu verbessern. Ein sogenanntes „Nasswerden” der Lappenkanten kann auch durch Maskieren des Lappens vor dem Aufbringen der Beschichtung bewerkstelligt werden. Der Einsatz kann ein beliebiges Material umfassen, das einen Schmelzpunkt besitzt, welcher höher ist als der einer Gusslegierung, die während des Gießverfahrens nicht gelöst würde.
Lappen sind in weiteren Ausführungsformen nicht gezeigt, es ist jedoch zu erwarten, dass eine gewisse Variation der Lappen 16, 18 in jeder Konstruktion beinhaltet sein würde.
2 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines Getriebegehäuses 110, das Einsätze 112, 114, 116, 118 umfasst, die gemäß der Erfindung eingegossen sind.
3 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines Abgaskrümmers 210, der Einsätze 212, 214, 216 aufweist, die gemäß der Erfindung eingegossen sind. Die Einsätze 212, 216 sind gekrümmt und der Einsatz 214 ist teilweise konisch.
4 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines Zylinderkopfes 310, der Einsätze 312, 314, 316, 318, 320 aufweist, die gemäß der Erfindung gegossen sind.
5 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines Differenzialgehäuses 410, das Einsätze 412, 414 aufweist, die gemäß der Erfindung eingegossen sind.
6 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines Motorblockes 510, der Gusseinsätze 512, 514, 516, 518, 520 gemäß der Erfindung umfasst.
7 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines Hinterseitengehäuse 610, das Gusseinsätze 612, 614 gemäß der Erfindung umfasst.
Die Anordnungslappen sind in den verschiedenen Darstellungen nicht gezeigt, können aber am Innendurchmesser, dem Außendurchmesser oder an beiden Positionen verwendet werden, um den Einsatz während des Metallgießvorgangs zu stabilisieren. Die Anzahl und Anordnung der Lappen ist abhängig von der spezifischen Geometrie des Teiles und dessen Abmessungen und von der Dicke des Einsatzes. Die Wand, innerhalb der der Guss eingesetzt wird, kann lokal verdickt sein, um den Einsatz unterzubringen.
Die Einsätze sind vorzugsweise 1,5 bis 2 mm dick, es können aber andere Dicken verwendet werden. Die Dicken werden so gewählt, dass ein Verbiegen des Einsatzes verhindert wird, während er nicht so dick ist, dass er den ihn umgebenden Guss bis zu dem Punkt „abkühlt”, an dem unerwünschte Carbide erzeugt werden.
Indem verhindert wird, dass der Einsatz während des Gießens mit der flüssigen Legierung (d. h. dem Gussmaterial) reagiert, werden die Grenzflächen für die gewünschte Geräuschdämpfung beibehalten. Indem die Verbindung zwischen den Lappen und dem Gussstahl verbessert wird, wird der Spalt an den Lappenbereichen eliminiert, um die Grenzflächen von der äußeren Umgebung des Gusses zu isolieren und Korrosionsprobleme im Betrieb zu eliminieren.
Als eine weitere alternative Ausführungsform können die oben beschriebenen beschichteten Einsätze in einer strukturellen Ölwanne vorgesehen sein.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Gehäuseelements (10, 110, 210, 310, 410, 510, 610), umfassend die Schritte, dass: (A) mindestens ein Einsatz (12, 112, 212, 312, 412, 512, 612) in einer Form positioniert wird, wobei der mindestens eine Einsatz (12, 112, 212, 312, 412, 512, 612) zwei einander gegenüberliegende Flächen sowie einen Umfang aufweist und mit einer Beschichtung versehen wird; und (B) eine Wand (14, 114, 214, 314, 414, 514, 614) des Gehäuseelements (10, 110, 210, 310, 410, 510, 610) in der Form um den Umfang des Einsatzes herum gegossen wird, sodass ein Hauptabschnitt des Einsatzes (12, 112, 212, 312, 412, 512, 612) im Wesentlichen nicht mit dem Gussmaterial verbunden wird, um eine geeignete Grenzschicht mit dem Gussmaterial für eine Dämpfung vorzusehen; dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung in der Lage ist, eine Verbindung zwischen dem Einsatz (12, 112, 212, 312, 412, 512, 612) und dem Gussmaterial zu verhindern; und dass der mindestens eine Einsatz (12, 112, 212, 312, 412, 512, 612) mit Lappen (16, 18) um seinen Umfang versehen wird, die frei von der Beschichtung sind, die eine Verbindung zwischen dem Einsatz (12, 112, 212, 312, 412, 512, 612) und dem Gussmaterial verhindert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Gehäuseelement (10, 110, 210, 310, 410, 510, 610) ein Elektromotorantriebsgehäuse (10) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Gehäuseelement (10, 110, 210, 310, 410, 510, 610) ein Getriebegehäuse (110) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Gehäuseelement (10, 110, 210, 310, 410, 510, 610) ein Hinterseitengehäuse (610) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Gehäuseelement (10, 110, 210, 310, 410, 510, 610) einen Motorblock (510) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Gehäuseelement (10, 110, 210, 310, 410, 510, 610) ein Differenzialgehäuse (410) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Gehäuseelement (10, 110, 210, 310, 410, 510, 610) einen Abgaskrümmer (210) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Gehäuseelement (10, 110, 210, 310, 410, 510, 610) einen Zylinderkopf (310) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Lappen (16, 18) den Einsatz (12, 112, 212, 312, 412, 512, 612) in einer aufgehängten Position innerhalb der Form für das Gießen tragen.