DE19847478A1

DE19847478A1 - Gegossenes Bauteil aus Leichtmetall

Info

Publication number: DE19847478A1
Application number: DE1998147478
Authority: DE
Inventors: Hans-Guenther Haldenwanger; Willi Schneider
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1998-10-15
Filing date: 1998-10-15
Publication date: 2000-04-20
Anticipated expiration: 2018-10-16
Also published as: DE19847478B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein gegossenes Bauteil aus Leichtmetall, insbesondere aus einer Magnesium-Legierung, welches im Bereich einer das Bauteil durchdringenden Schraube um die Schraubenbohrung herum druckversteift ausgebildet ist, wobei zur Vermeidung von festigkeitsverminderndem Materialkriechen örtlich um die Schraubenbohrung herum angeordnete, in das Matrix-Material eingebettete, keramische Fasern und/oder Partikel vorgesehen sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein gegossenes Bauteil aus Leichtmetall, insbesondere aus einer Magnesium-Legierung, gemäß dem Oberbegriff des Patentan spruches 1.

Ein derartiges Bauteil ist beispielsweise aus der EP 0 246 484 B1 bekannt. Dabei ist bei einem aus einer Aluminium-Legierung gegossenem Zylinder kopf für eine Brennkraftmaschine je Zylinderkopfschraube eine in die korre spondierende Schraubenbohrung eingeschraubte, dünnwandige Büchse vorgesehen. Die Büchse aus Stahl wirkt druckversteifend und soll insbeson dere dauerhaft die Einleitung hoher Schraubenkräfte in den Zylinderkopf (Vermeidung der Kriechneigung, insbesondere bei höheren Temperaturen) ermöglichen. Selbstverständlich kann eine derartige Büchse auch unmittel bar in den Zylinderkopf eingegossen sein.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine insbesondere für Magne sium-Legierungen vorteilhafte Druckversteifung vorzuschlagen, die bei zu verlässiger Vermeidung von Kontakt-Korrosion und bei geringem Mehr aufwand eine dauerhafte Druckversteifung im Bereich von Schraubenver bindungen ergibt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den weiteren Patentansprüchen entnehmbar.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, die Druckversteifung durch örtlich um die Schraubenbohrung herum angeordnete, in das Matrix-Material einge bettete keramische Fasern und/oder Partikel (Pulver) zu bilden, die vorteil haft beim Gießen des Bauteiles eingebracht werden. Der erfindungsgemäße Vorschlag zielt also darauf ab, nur im Schraubenverbindungsbereich des Leichtmetalles, insbesondere einer Magnesium-Legierung, die Bauteilfestig keit zu erhöhen, wobei durch das Eingießen die ansonsten bei metallischen Einsätzen auftretenden Wärmespannungen und Kontakt-Korrosion (Spannungskorrosion) vermieden werden.

Bevorzugt werden Kurzfasern und/oder Partikel aus den Materialien SiC, SiCN, CFC und/oder CSiC verwendet, also Keramiken auf Silizium- und/oder Kohlenstoffbasis.

Zur Erzielung einer homogenen und positionsgenauen Druckversteifung wird ferner vorgeschlagen, aus den genannten Faser- oder Partikelelementen Vorformlinge herzustellen und diese - mit entsprechenden Werkstoffauf nahmen positioniert - in das Matrix-Material einzugießen. Durch eine ent sprechende Porösität oder gewebeartige Anordnung von Fasern wird beim Eingießen des Vorformlings sichergestellt, daß das Matrix-Material in den Vorformling infiltriert, dieser also gezielt durchsetzt und somit nahezu stoff schlüssig eingebunden ist.

Zudem kann der Vorformling durch entsprechende Gestaltung auch form schlüssig in das Matrix-Material eingebunden sein, wobei die Geometrie des Vorformlings den vom Schraubenkopf der Befestigungsschraube in das Ma trix-Material eingeleiteten Kraftfluß bzw. der entsprechenden Spannungs verteilung angenähert sein kann.

Gemäß einer bevorzugten Verwendung ist das Bauteil ein Flansch eines aus einer Leichtmetall-Legierung, insbesondere jedoch aus einer Magnesium-Le gierung, hergestellten Geschwindigkeits-Wechselgetriebes oder einen Zylinderkurbelgehäuses einer Brennkraftmaschine und/oder ein Struktur-Guß bauteil einer Kraftfahrzeug-Karosserie.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden mit weiteren Einzel heiten näher erläutert. Die schematische Zeichnung zeigt in

Fig. 1 abschnittsweise einen Flansch eines Getriebegehäuses eines Ge schwindigkeits-Wechselgetriebes für Kraftfahrzeuge im Bereich einer Schraubverbindung mit einem angrenzenden Anschlußflansch eines Zylinderkurbelgehäuses einer Brennkraftmaschine;

Fig. 2 den Flansch gemäß Fig. 1 mit im Bereich der Schraubverbindung eingebetteten SiC-Partikeln.

In der Fig. 1 ist mit 10 ein abschnittsweise dargestellter, ringförmiger Flansch eines Geschwindigkeits-Wechselgetriebes für ein Kraftfahrzeug bezeichnet, der in Verbindung mit dem übrigen, nicht dargestellten Getrie begehäuse aus einer Leichtmetall-Legierung bzw. einer Magnesium-Legie rung im Druckgußverfahren hergestellt ist.

Der nur teilweise dargestellte Flansch 10 ist mittels Schraubenbohrungen 11 durchragende Schrauben 12 mit einem ebenfalls ringförmigen Anschluß flansch 14 verbunden, wobei der Anschlußflansch 14 Bestandteil eines nicht dargestellten Zylinderkurbelgehäuses einer Brennkraftmaschine ist und ent sprechende Gewindebohrungen 16 für die Schrauben 12 aufweist.

In den Flansch 10 ist je Schraube 12 ein rotationssymmetrischer Vorformling 18 eingegossen, in den die Schraubenbohrung 11 ausgebildet ist.

Der Vorformling 18 aus zusammengepreßten Keramikfasern, im Ausfüh rungsbeispiel aus CFC-Fasern, mit einer Porösität von 90% weist einen im Durchmesser kleineren Abschnitt 26 im Schraubenkopfbereich der Schraube 12 und einen im Durchmesser größeren Abschnitt 28 im Bereich des An schlußflansches 14 auf. Durch diese Konfiguration, die auch der vom Schraubenkopf ausgehenden Spannungsverteilung im Schraubverbin dungsbereich des Flansches 10 Rechnung trägt, ist zudem ein Formschluß in axialer Richtung hergestellt. Vorteilhaft ist dabei auch, daß die dazwi schenliegende Unterlegscheibe 20 nicht nur die Stirnseite 22 des Vorform lings 18, sondern auch einen radial äußeren, ringförmigen Auflagebereich 24 unmittelbar des Flansches 10 beaufschlagt.

An der gegenüberliegenden Stirnseite 30 des Vorformlings 18 sind Ausneh mungen 32 vorgesehen, die als Werkzeugaufnahme zur Positionierung des Vorformlings 18 in der Gießform dienen.

Die Vorformlinge 18 werden beim Gießen des Getriebegehäuses mit dem Flansch 10 auf ca. 200° C vorgewärmt, über die Werkzeugaufnahmen 32 in der Gießform positioniert und dann entsprechend eingegossen, wobei die schmelzflüssige Magnesium-Matrix in die Vorformlinge 18 aufgrund deren Porösität entsprechend infiltriert und somit eine mit dem Keramikfasern ört lich angereicherte, festigkeitserhöhte Magnesium-Legierung bildet.

Die Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, wobei funktionell gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind.

Dabei ist der Flansch 10' jeweils im Schraubverbindungsbereich um die Schraubenbohrung 11' herum mit SiC-Partikeln (als Punkte innerhalb der Schraffierung dargestellt) angereichert, die örtlich beim Gießen des Getrie begehäuses bzw. Flansches 10 pulverförmig in die schmelzflüssige Magne sium-Matrix eingeimpft werden. Diese bewirken ebenfalls eine lokale Festig keitserhöhung bzw. ein verminderndes Materialkriechen im Schraubverbin dungsbereich.

Es versteht sich, daß der Anschlußflansch 14 des Zylinderkurbelgehäuses konform dem Flansch 10 druckversteift ausgebildet sein könnte, sofern dieser ebenfalls aus einer Magnesium-Legierung hergestellt wäre. In diesem Falle würden die Gewindebohrungen 16 zweckmäßigerweise durch einfache Durchgangsbohrungen ersetzt und es könnten durchgehende Schrauben 12 mit Gegenmuttern verwendet sein.

Der Vorformling 18 kann auch zur Erzielung eines Formschlusses mit Umfangsnuten, Abflachungen, etc. versehen sein.

Claims

1. Gegossenes Bauteil aus Leichtmetall, insbesondere aus einer Magnesium-Legierung, welches im Bereich einer das Bauteil durchdringenden Schraube um die Schraubenbohrung herum druckversteift ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckversteifung durch örtlich um die Schraubenbohrung (11) herum angeordnete, in das Matrix-Material eingebettete keramische Fasern und/oder Partikel gebildet ist.

2. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern oder Partikel aus SiC und/oder SiCN und/oder CFC und/oder CSiC bestehen.

3. Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Fasern ein Vorformling (18) gebildet ist, der stoff- und/oder formschlüssig in das Bauteil eingegossen ist.

4. Bauteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorformling (18) eine gezielte Porösität aufweist, in die das Matrix-Material infiltriert ist.

5. Bauteil nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorformling (18) einen dem Schraubenkopf zugewandten Abschnitt (26) geringeren Durchmessers und einen dem Anschlußflansch (14) zugewandten Abschnitt (28) größeren Durchmessers aufweist.

6. Bauteil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5 als Flansch (10) an einem aus Leichtmetall hergestellten Getriebegehäuse oder Zylinderkurbelgehäuse einer Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, und/oder ein Struktur-Gußbauteil einer Kraftfahrzeug-Karosserie.