DE19915961A1

DE19915961A1 - Verfahren zum Herstellen von Zylindergehäusen

Info

Publication number: DE19915961A1
Application number: DE1999115961
Authority: DE
Inventors: Hans Rueger
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1999-04-09
Filing date: 1999-04-09
Publication date: 2000-10-12

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Zylindergehäusen für Hubkolbenmaschinen, insbesondere von Zylinderkurbelgehäusen von Brennkraftmaschinen, mit einem Zylindergehäuse aus einer Leichtmetall-Legierung und zumindest einer Zylinderlaufbüchse aus einer Leichtmetall-Legierung, mit folgenden Verfahrensschritten: DOLLAR A Das Zylindergehäuse wird zur Aufnahme einer trockenen Laufbüchse auf ein definiertes Maß gebohrt; DOLLAR A die Zylinderlaufbüchse wird mit einer Wandstärke von zumindest der zweifachen Endwandstärke gefertigt und ebenfalls auf ein definiertes Außenmaß abgedreht; DOLLAR A die Zylinderlaufbüchse wird in die Bohrung eingesetzt; DOLLAR A die Zylinderlaufbüchse wird zumindest von der Anschlußfläche für den Zylinderkopf her elektronenstrahlgeschweißt; DOLLAR A die besagte Anschlußfläche wird abschließend planbearbeitet; und DOLLAR A die Lauffläche der Zylinderlaufbüchse wird durch entsprechendes Abtragen von Material auf Endmaß fertiggestellt. DOLLAR A Bevorzugt werden das Bohrungsmaß des Zylindergehäuses und das Außenmaß der Zylinderlaufbüchse innerhalb eines relativ weiten Toleranzbandes von +/- 50 mum gefertigt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Zylindergehäusen für Hubkolbenmaschinen, insbesondere von Zylinderkurbelgehäusen von Brennkraftmaschinen, sowie ein nach dem Verfahren hergestelltes Zylinder gehäuse.

Beispielsweise durch die DE 32 20 775 C2 ist es bekannt, eine nasse Zylin derlaufbuchse mit einem an der Zylinderkopf-Anschlußfläche angeformten Flansch in das Zylindergehäuse mittels Elektronenstrahlschweißen einzuset zen. Sofern es gelingt, die Schweißung gegenüber den unmittelbar angren zenden Kühlwasserkanälen prozeßsicher dicht auszubilden, erscheint ein solches Verfahren bei den gegebenen massiven Wandstärken im Schweiß bereich fertigungstechnisch günstig.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der gattungsgemäßen Art vorzu schlagen, welches vorteilhaft für Zylindergehäuse mit trockenen Laufbuchsen und den dabei vorliegenden geringen Wandstärken anwendbar ist und wel ches wirtschaftlich einsetzbar sein soll. Ferner wird ein nach dem Verfahren gefertigtes Zylindergehäuse vorgeschlagen.

Die verfahrensgemäße Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeich nenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbil dungen des Verfahrens sowie ein fertigungstechnisch günstiges Zylinderge häuse sind den weiteren Patentansprüchen entnehmbar.

Das erfindungsgemäße Verfahren basiert auf der Erkenntnis, daß trockene Zylinderlaufbuchsen dann zuverlässig einschweißbar sind, wenn deren Wandstärke zunächst wesentlich stärker ausgebildet wird, als dies aufgrund der gegebenen Konstruktionen bei Leichtmetall-Zylindergehäusen, insbe sondere Zylinderkurbelgehäusen bei mehrzylindrigen, schnelllaufenden Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen, der Fall ist. Nach dem Einschwei ßen wird die Zylinderlaufbüchse dann entsprechend abgearbeitet.

Ein besonderer Vorteil in der Schweißverbindung besteht auch darin, daß die Bearbeitungstoleranzen bei Herstellung der Laufbüchsen-Bohrung im Zylin dergehäuse und des Außenmaßes der Laufbüchse weit weniger genau als z. B. bei eingepreßten Laufbüchsen sein müssen, was insgesamt einen be achtlichen fertigungstechnischen Vorteil bietet.

Bevorzugt wird die Zylinderlaufbüchse dabei nur im Bereich der Zylinderkopf- Anschlußfläche - ggf. aber auch an deren gegenüberliegender Stirnseite - geschweißt.

Ein hinsichtlich des Gewichtes und der Fertigbarkeit günstiges Zylinderge häuse, insbesondere Zylinderkurbelgehäuse für Brennkraftmaschinen, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren besteht aus einer Aluminium-Silizium- Legierung mit bis zu 12% Silizium-Anteil mit Zylinderlaufbüchsen aus einer übereutektischen Aluminium-Silizium-Legierung mit bis zu 21% Silizium- Anteil. Durch den geringeren Silizium-Anteil ist das Zylindergehäuse gut spanend bearbeitbar, während der höhere Silizium-Anteil der Zylinderlauf büchse eine verschleißfeste, tribologisch günstige Laufschicht sicherstellt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden mit weiteren Einzel heiten näher erläutert. Die schematische Zeichnung zeigt einen Querschnitt durch die Zylindermitte eines Zylinderkurbelgehäuses einer mehrzylindrigen Hubkolben-Brennkraftmaschine für Kraftfahrzeuge mit elektronenstrahlge schweißten Zylinderlaufbüchsen.

Das Zylinderkurbelgehäuse 10 einer mehrzylindrigen Hubkolben- Brennkraftmaschine besteht aus einer AlSi-Leichtmetall-Legierung mit 12% Silizium-Anteil in gegossener Bauart, mit einem Zylindergehäuse 12 mit darin befindlichen Kühlwasserkanälen 14, 16 und einem angeformten Kurbelge häuse 18.

In das Zylinderkurbelgehäuse 10 sind entsprechend der Zylinderzahl der Brennkraftmaschine Zylinderlaufbüchsen 20 aus einer übereutektischen Al Si-Legierung mit 19% Si-Anteil in die entsprechenden Laufbüchsen- Bohrungen 12b eingesetzt und durch von der Zylinderkopf-Anschlußfläche 22 her ausgeführte, jeweils kreisförmig umlaufende, Elektronenstrahlschwei ßungen 24 befestigt. Die Elektronenstrahlschweißungen 24 sind zeichnerisch übertrieben dargestellt; sie können z. B. mit einer Fokussierung von 0,2 mm im Impulsstrahl-Rasterverfahren appliziert werden.

Zur Herstellung des beschriebenen Zylinderkurbelgehäuses 10 wird wie folgt verfahren:
Nach dem Gießen des Zylinderkurbelgehäuses 10 werden unter anderem je Zylinder die Bohrungen 12a für die Zylinderlaufbüchsen 20 gebohrt, und zwar mit einer Bearbeitungstoleranz von ± 50 µm.

In diese Bohrungen 12a werden die Zylinderlaufbüchsen 20 eingesetzt, die in einer Wandstärke von zumindest 2 × der Endwandstärke, im Ausführungs beispiel in einer Wandstärke von 3-4 mm, bei einer Endwandstärke von ca. 1,5 mm, im Schleuderguß (oder einem anderen bekannten Verfahren, z. B. Niederdruck-Kokillenguß, Strangpreßverfahren, Tixoforming) hergestellt sind, wobei diese Zylinderlaufbüchsen 20 auf ein definiertes Außenmaß mit ebenfalls einer Bearbeitungstoleranz von ± 50 µm abgedreht sind.

Aufgrund der Bearbeitungstoleranzen können die Zylinderlaufbüchsen 20 entweder mit geringfügigem Spiel (Schiebesitz) in die Bohrungen 12a einge schoben oder durch Schrumpfsitz eingebracht werden. In der Serienfertigung wird man die Zylinderlaufbüchsen 20 ausnahmslos tiefkühlen und dann in das Zylindergehäuse 12 einsetzen.

Anschließend werden die Zylinderlaufbüchsen 20 mit dem Zylindergehäuse 12 von der Anschlußfläche 22 her durch Anwendung des Elektronenstrahl schweißens um die Laufbüchsenperipherie herum in bekannter Weise unter Vakuum eingeschweißt. Durch entsprechenden Energieeintrag und unter Ausbildung einer Dampfkapilare wird dabei eine ausreichende Schweißtiefe erreicht.

Anschließend werden in einer spanenden Bearbeitung die Anschlußfläche 22 plangefräst und die Laufflächen der Zylinderlaufbüchsen 20 auf das Endmaß bearbeitet und hinsichtlich der geforderten Oberflächenstruktur und -qualität fertiggestellt.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen von Zylindergehäusen für Hubkolbenmaschi nen, insbesondere von Zylinderkurbelgehäusen von Brennkraftmaschi nen, mit einem Zylindergehäuse aus einer Leichtmetall-Legierung und zumindest einer Zylinderlaufbüchse aus einer Leichtmetall-Legierung, die getrennt gefertigt, dann die Zylinderlaufbüchsen eingesetzt und schließ- Lich Elektronenstrahl geschweißt werden, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

- das Zylindergehäuse (12) wird zur Aufnahme einer trockenen Lauf buchse (20) auf ein definiertes Bohrungs-Maß gebohrt;
- die Zylinderlaufbüchse (20) wird mit einer Wandstärke von zumindest der 2fachen Endwandstärke auf ein definiertes Außenmaß abgedreht;
- die Zylinderlaufbüchse (20) wird in die Bohrung (12b) eingesetzt;
- die Zylinderlaufbüchse (20) wird zumindest von der Anschlußfläche (22) für den Zylinderkopf her Elektronenstrahl geschweißt;
- die besagte Anschlußfläche (22) wird abschließend planbearbeitet; und
- die Lauffläche der Zylinderlaufbüchse (20) wird durch entsprechendes Abtragen von Material auf Endmaß fertiggestellt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bohrungs- Maß des Zylindergehäuses (12) und das Außenmaß der Zylinderlauf büchse (20) innerhalb eines relativ weiten Toleranzbandes von bis zu ± 50 µm gefertigt werden.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Einsetzen der Zylinderlaufbüchse (20) toleranzabhängig von Schie besitz bis Schrumpfsitz durchgeführt wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die Zylinderlaufbüchse (20) beim Schweißen eine Materialstärke von zumindest 3 mm vorgehalten wird.

5. Zylindergehäuse, insbesondere Zylinderkurbelgehäuse für Brennkraftma schinen, hergestellt nach einem oder mehreren der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Zylindergehäu se (12) aus einer Aluminium-Silizium-Legierung mit bis zu 12% Silizium- Anteil und die Zylinderlaufbüchse (20) aus einer übereutektischen Alumi nium-Silizium-Legierung mit bis zu 21% Silizium-Anteil besteht.