DE19737601A1 - Verfahren zur Steigerung der Dämpfung eines Gußbauteiles aus einem Leichtmetallwerkstoff - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 auf ein Verfahren zur Steigerung der Dämpfung eines Gußbauteiles aus einem Leicht­ metallwerkstoff, wobei die Dämpfung mittels eines zusätzlichen Elementes gestei­ gert wird.

Die im Stand der Technik für die Herstellung von Automobilkomponenten wie bei­ spielsweise einer Ölwanne oder eines Räderkastendeckels verwendeten Leicht­ metallwerkstoffe, beispielsweise Aluminium- und Magnesiumlegierungen, werden hauptsächlich unter Berücksichtigung der im Betriebseinsatz der Komponenten vorherrschenden thermo-mechanischen Beanspruchungen ausgelegt. Diese Werkstoffe weisen jedoch ein geringes Dämpfungsverhalten auf, wodurch Schall und Körperschall im wesentlichen nicht reduziert weitergeleitet werden. Eine Ver­ besserung des Dämpfungsverhaltens dieser Leichtmetallwerkstoffe konnte einer­ seits durch Verrippung der Bauteile und andererseits mit dem Einsatz von Ver­ bundwerkstoffen erreicht werden.

Als Verstärkungsphase im Sinne eines zusätzlichen, die Dämpfung steigernden Elementes werden bei den Verbundwerkstoffen vorwiegend SiC-, Graphit-, Al₂O₃-Par­ tikel sowie Graphit-, W-, B-, SiC-, Al₂O₃-Fasern eingesetzt. Die Verbundwerk­ stoffe werden unter Verwendung der Technologien der Schmelzmetallurgie, der Pulvermetallurgie und des Sprühkompaktierens hergestellt. Eine weitere Möglich­ keit zur Erzielung einer höheren Dämpfung der Leichtmetallwerkstoffe besteht in der Herstellung von porösen Materialien. Die porösen Strukturen können mit Hilfe der Sintertechnologie und des Sprühkompaktierens eingestellt werden. Ein poröser Werkstoff liegt auch bei den pulvermetallurgisch und schmelzmetallurgisch erzeug­ ten Metallschäumen vor.

Die konstruktive Auslegung der Bauteile mit Verrippungen zur Minimierung der Schallabstrahlung ist aus Gewichts- und Bauraumgründen nachteilig und vielfach nicht möglich. Die Nachteile der Verbundwerkstoffe sind insbesondere die höheren Herstellungskosten durch das Einbringen der Verstärkungsphase bzw. des zusätz­ lichen Dämpfungselementes in den Matrixwerkstoff und die Probleme beim auf­ wendigen Recycling derartiger Werkstoffe. Bei den porösen Werkstoffen sind die im Vergleich zu dem Vollmaterial deutlich schlechteren mechanischen Eigenschaf­ ten ein wesentlicher Nachteil.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein für das Verfahren zur Steigerung der Eigendämpfung des Leichtmetallwerkstoffes geeignetes zusätzliches Element auf­ zuzeigen.

Diese Aufgabe ist mit dem Patentanspruch 1 gelöst und zwar dadurch, daß als Element eine aus einem derartigen Schwermetall oder einer Schwermetall-Legie­ rung von großer Eigendämpfung gebildete und beim Gießen im wesentlichen voll­ ständig infiltrierbare Draht-Textur als Gießeinlage verwendet wird, daß in den Ver­ bindungsbereichen von Leichtmetall-Matrix und Schwermetall-Drähten bei einem Energieeintrag (Schall, Körperschall) durch zu den Drähten längselastische Ver­ formungen eine Steigerung der Materialdämpfung im Gußbauteil bewirkt wird.

Der Vorteil der Erfindung ist gegenüber dem Vollmaterial in einer mehrfachen Stei­ gerung der Eigendämpfung des für ein Gußbauteil verwendeten Leichtmetallwerk­ stoffes zu sehen, wobei in Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 2 eine besonders hohe Dämpfung dadurch erreicht wird, daß die Draht-Textur als ein Strick aus einem Draht aus einem hochdämpfenden Nic­ kel-Werkstoff mit einer Reinheit von mindestens 99% gebildet wird, wobei zur Erzie­ lung einer hohen Eigendämpfung eine Porosität des Drahtgestrickes für eine im wesentlichen vollständige Infiltration durch den Leichtmetallwerkstoff vorgegeben wird.

Gemäß einer anderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in Verbindung einer aus einer Alu-Legierung gebildeten Leichtmetallmatrix die Draht-Tex­ tur als ein Gestrick aus einem Draht aus einem hochdämpfenden ferritischen FeCrAl 20 5-Stahl gebildet. Gemäß dem weiteren Unteranspruch 4 findet das er­ findungsgemäße Verfahren insbesondere Verwendung für Druckgußbauteile, wo­ bei diese in weiterer Ausgestaltung als fahrzeug- und/oder maschinengebundene Druckguß-Bauteile sein können wie z. B. eine Ölwanne, ein Räderkastendeckel, eine Zylinderkopfhaube, ein Getriebegehäuse, etc.

Schließlich kann die als Gießeinlage gestaltete Draht-Textur aus einer gewebeartig geordneten Struktur und/oder aus einer mattenartigen, ungeordneten Struktur ge­ bildet sein derart, daß eine Porosität für eine im wesentlichen vollständige Infiltra­ tion durch die Leichtmetallmatrix erzielt wird.

Die Erfindung ist im nachfolgenden näher beschrieben.

Für die Herstellung beispielsweise einer Ölwanne oder eines Räderkastendeckels als Druckgußteil aus einer Alu-Legierung findet das erfindungsgemäße Verfahren zur Steigerung der Eigendämpfung des Leichtmetallwerkstoffes Verwendung, wo­ bei die Dämpfung mittels eines zusätzlichen Elementes gesteigert wird. Erfin­ dungsgemäß wird als Element eine aus einem derartigen Schwermetall oder einer Schwermetall-Legierung von großer Eigendämpfung gebildete und beim Gießen im wesentlichen vollständig infiltrierbare Draht-Textur als Gießeinlage verwendet, daß in den Verbindungsbereichen von Leichtmetall-Matrix und Schwermetall-Drähten bei einem Energieeintrag durch Schall- oder Körperschall durch zu den Drähten längselastische Verformungen eine Steigerung der Materialdämpfung im Gußbau­ teil bewirkt wird. Die durch Energieeintrag ausgelösten längselastischen Verfor­ mungen beruhen insbesondere aus Versetzungsbewegungen, auf Grenzflächen­ reibung sowie auf Korngrenzengleiten.

Die entsprechend der Größe der schallabstrahlfähigen Fläche des jeweiligen Druckgußteiles angepaßte Draht-Textur ist vorzugsweise als ein Gestrick aus einem Draht aus einem hochdämpfenden Nickel-Werkstoff mit einer Reinheit von mindestens 99% gebildet, wobei das Gestrick bezüglich seiner Dichte derart ge­ wählt ist, daß eine Porosität des Drahtgestrickes für eine im wesentlichen vollstän­ dige Infiltration durch die Alu-Legierung vorgegeben wird. Ein Druckgußteil mit einer Gießeinlage aus einem Nickel-Drahtgestrick ergibt gegenüber einem Druck­ gußteil aus einer vollwandigen Alu-Legierung eine mehrfache Eigendämpfung. Ein Druckgußteil mit der erfindungsgemäß erzielten Eigendämpfung wirkt vorteilhaft bei Frequenzen, wie sie insbesondere bei Antriebsaggregaten von Kraftfahrzeugen auftreten.

Anstelle einer Draht-Textur aus einem Nickel-Werkstoff kann auch eine Draht-Tex­ tur als ein Gestrick aus einem Draht aus einem hochdämpfenden ferritischen FeCrAl 20 5-Stahl gebildet werden. Weiter kann eine als Gießeinlage dienende Draht-Textur aus Drähten von beiden Werkstoffen gebildet sein.

Schließlich kann die als Gießeinlage gestaltete Draht-Textur auch einer gewebe­ artig geordneten Struktur und/oder aus einer mattenartigen, ungeordneten Struktur gebildet werden derart, daß eine Porosität für eine im wesentlichen vollständige Infiltration durch die jeweilige Leichtmetall-Matrix erzielt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet neben der vorteilhaft schalldämpfenden Wirkung den weiteren Vorteil, daß durch die Verwendung von metallischen Draht­ gestricken der hochdämpfende Leichtmetallwerkstoff problemlos und vollständig rezyklierbar ist.

Claims (6)

1. Verfahren zur Steigerung der Dämpfung eines Gußbauteiles aus einem Leichtmetallwerkstoff,

• - wobei die Dämpfung mittels eines zusätzlichen Elementes gesteigert wird,

dadurch gekennzeichnet,

• - daß als Element eine aus einem derartigen Schwermetall oder einer Schwermetall-Legierung von großer Eigendämpfung gebildete und beim Gießen im wesentlichen vollständig infiltrierbare Draht-Textur als Gießeinlage verwendet wird, daß
• - in den Verbindungsbereichen von Leichtmetall-Matrix und Schwer­ metall-Drähten bei einem Energieeintrag (Schall, Körperschall) durch zu den Drähten längselastische Verformungen eine Steigerung der Materialdämpfung im Gußbauteil bewirkt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet

• - daß als Leichtmetallwerkstoff insbesondere eine Alu-Legierung ver­ wendet wird und
• - die Draht-Textur als ein Gestrick aus einem Draht aus einem hoch­ dämpfenden Nickel-Werkstoff mit einer Reinheit von mindestens 99% gebildet wird, wobei
• - eine Porosität des Drahtgestrickes für eine im wesentlichen voll­ ständige Infiltration durch den Leichtmetallwerkstoff vorgegeben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet,

• - daß als Leichtmetallmatrix insbesondere eine Alu-Legierung ver­ wendet wird und
• - die Draht-Textur als ein Gestrick aus einem Draht aus einem hoch­ dämpfenden ferritischen FeCrAl 20 5-Stahl gebildet wird.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeich­ net durch die Verwendung für Druckguß-Bauteile.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeich­ net durch die Verwendung für fahrzeug- und/oder maschinengebundene Druckguß-Bauteile wie Ölwanne, Räderkastendeckel, Zylinderkopfhaube, Getriebegehäuse etc.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die als Gießeinlage gestaltete Draht-Textur aus einer gewebe­ artig geordneten Struktur und/oder aus einer mattenartigen, unge­ ordneten Struktur gebildet wird derart, daß
• - eine Porosität für eine im wesentlichen vollständige Infiltration durch die Leichtmetallmatrix erzielt wird.