DE4230228C1

DE4230228C1 - Bauteil aus einer Leichtmetallgußlegierung

Info

Publication number: DE4230228C1
Application number: DE4230228A
Authority: DE
Inventors: Dieter Klomp; Werner Grabherr
Original assignee: Honsel Werke AG; ZF Getriebe GmbH
Current assignee: Honsel Werke AG; ZF Getriebe GmbH
Priority date: 1992-09-10
Filing date: 1992-09-10
Publication date: 1994-05-11
Anticipated expiration: 2012-09-11

Description

Die Erfindung betrifft ein Bauteil aus einer Leichmetallgußlegierung, hergestellt vorzugsweise im Druckgieß- oder Gießpreßverfahren, mit einem nabenartigen Fortsatz zur Lagerung von sich drehenden Maschinenelementen.

Viele Leichtmetallgußlegierungen weisen relativ schlechte Verschleißeigenschaften auf, insbesondere die preisgünstigen Legierungen, die bei guten Gieß- und Festigkeitseigenschaften eine gute Zerspanbarkeit aufweisen. Derartige Legierungen enthalten als Hauptlegierungsbestandteil Silicium und Kupfer mit einem Siliciumanteil von 3% bis 12% und einem Kupferanteil von 3% bis 5%. Bei diesen Legierungen tritt insbesondere Verschleiß auf an nabenartigen Fortsätzen, die zur Lagerung von sich drehenden Maschinenelementen dienen und bei denen die Maschinenelemente am nabenartigen Fortsatz durch in Umfangsnuten eingesetzte Sprengringe gehalten sind. Durch Verschleiß in diesem Nutbereich kann die Funktionsfähigkeit des Bauteils so beeinträchtigt werden, daß es ausfällt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bauteil und ein Verfahren zu seiner Herstellung zu schaffen, das sich aus einer preisgünstigen Leichtmetallgußlegierung herstellen läßt, eine hohe Festigkeit, gute Gieß- und Bearbeitbarkeit sowie in Verschleiß ausgesetzten Bereichen eine verbesserte Verschleißfestigkeit aufweist.

Ausgehend von dieser Aufgabenstellung wird vorgeschlagen, daß um den nabenartigen Fortsatz eine Buchse aus einer verschleißfesteren Leichtmetallgußlegierung gegossen ist. Vorzugsweise kann für das Bauteil eine untereutektische Aluminium-Silicium-Kupfer-Legierung, z. B. GD-AlSi9Cu3 und für die umgossene Buchse eine übereutektische Aluminium-Silicium-Kupfer-Magnesium-Legierung, z. B. GD-AlSi17Cu4Mg verwendet werden.

Der Hauptteil des Bauteils besteht somit aus einer verhältnismäßig preisgünstigen Aluminium-Legierung, die bei guten Gieß- und Festigkeitseigenschaften eine sehr gute Zerspanbarkeit aufweist, während demgegenüber nur die um den nabenartigen Fortsatz gegossene Buchse aus einer teureren, übereutektischen Aluminium-Silicium-Legierung besteht. Hierfür wird im Verhältnis zum ganzen Bauteil nur eine geringe Menge der teureren Aluminium-Legierung benötigt. Auch wenn die Bearbeitbarkeit dieser umgossenen Buchse etwas ungünstiger ist als die Bearbeitbarkeit der Aluminium-Legierung für den Rest des Bauteils, fällt dies bei der Gesamtbearbeitungszeit weniger ins Gewicht, da nur einfache Bearbeitungsgänge an der Buchse durchzuführen sind.

Zur Verankerung der umgossenen Buchse kann der nabenartige Fortsatz Umfangsrillen oder -nuten aufweisen.

Ein Verfahren zum Herstellen des Bauteils kann aus den Schritten: Gießen des Bauteils mit dem nabenartigen Fortsatz aus einer Leichtmetallgußlegierung in einer ersten Gießform, Entformen des Bauteils nach dem Erstarren, Einbringen des Bauteils in eine zweite Gießform, Umgießen des nabenartigen Fortsatzes mit einer verschleißfesteren Leichtmetallgußlegierung und Entformen des Bauteils nach dem Erstarren bestehen.

Zwar wurde eingangs darauf verwiesen, daß das Bauteil vorzugsweise im Druckgieß- oder Gießpreßverfahren hergestellt werden soll, jedoch sind die üblichen Gießverfahren, wie Sandguß, Niederdrucksandguß, Vollformguß, Schwerkraft- und Niederdruckkokillenguß ebenfalls geeignet.

Wird das Bauteil in einer ersten, in einer in Achsrichtung des nabenartigen Fortsatzes verlaufenden Längsmittelebene geteilten Gießform hergestellt, lassen sich die Umfangsrillen oder -nuten in der Gießform anbringen. Wird das Bauteil in Achsrichtung des nabenartigen Fortsatzes aus der ersten Gießform entformt, können die Umfangsrillen oder -nuten nach dem Entformen am nabenartigen Fortsatz durch eine grobe mechanische Bearbeitung angebracht werden.

Insbesondere bei Verwendung einer Druckgießform mit einer Entformungsrichtung in Achsrichtung des nabenartigen Fortsatzes ist es auch möglich, in der Gießform einen buchsenartigen Formeinsatz anzuordnen, der den nabenartigen Fortsatz umgreift und sich nach Beginn des Erstarrens zumindest der Oberfläche des nabenartigen Fortsatzes zurückziehen läßt, um einen Hohlraum freizugeben, der sich mit der verschleißfesteren Leichmetallgußlegierung füllen läßt. Hierbei ist es zwar nicht möglich, am nabenartigen Fortsatz Umfangsrillen oder -nuten vorzusehen, jedoch lassen sich die Gießzyklen und Gießtemperaturen so einstellen, daß der nabenartige Fortsatz gerade soweit abgekühlt ist, daß sich der buchsenartige Formeinsatz zurückziehen läßt und die Oberfläche des nabenartigen Fortsatzes durch die Leichtmetallgußlegierung für die umgegossene Buchse wieder angeschmolzen wird und dadurch eine metallische Verbindung des nabenartigen Fortsatzes mit der umgossenen Buchse entsteht. Im übrigen entstehen in der umgossenen Buchse bei der Abkühlung Schrumpfspannungen, da die Temperatur des nabenartigen Fortsatzes grundsätzlich niedriger liegt als die der umgossenen Buchse, wodurch ebenfalls eine sehr gute Verbindung zwischen der umgossenen Buchse und dem nabenartigen Fortsatz bewirkt wird, die dazu noch flüssigkeitsdicht ist, was von Vorteil sein kann, wenn z. B. Druckölbohrungen im nabenartigen Fortsatz angeordnet werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles, das einen Teilschnitt durch ein Bauteil mit einem nabenartigen Fortsatz und einer umgossenen Buchse zeigt, des näheren erläutert.

Ein Bauteil 1, z. B. eine Zwischenplatte eines automatischen Getriebes, weist einen nabenartigen Fortsatz 2, der mit einer Buchse 3 umgossen ist, auf. Das Bauteil 1 und der nabenartige Fortsatz 2 bestehen aus einer untereutektischen Aluminium-Silicium-Legierung, z. B. GD-AlSi9Cu3 während die umgossene Buchse 3 aus einer verschleißfesten, übereutektischen Aluminium-Silicium-Legierung, z. B. GD-AlSi17Cu4Mg besteht. Zur Verankerung der umgossenen Buchse 3 auf dem nabenartigen Fortsatz 2 weist dieser eine oder mehrere Umfangsnuten 4 auf, in die die Aluminium-Legierung der Buchse 3 beim Gießen eindringt. Eine gleichartige Verankerung läßt sich auch durch über die ganze Länge der Außenoberfläche des nabenartigen Fortsatzes 2 angebrachte Rillen erreichen. Die Buchse 3 dient zur Lagerung von sich drehenden Maschinenelementen 5, 6, 7. Das Maschinenelement 5 ist auf der Buchse 3 durch einen in eine Nut 8 gesetzten Sprengring 9 gehalten. Weitere Sprengringe 10, 11 dienen zur Halterung und Positionierung der Maschinenelemente 6, 7. Durch die sich auf der Buchse 3 drehenden Maschinenelemente 5, 6, 7 treten nicht nur Beanspruchungen an den Lagerflächen dieses Teils auf, sondern die Nuten für die Sprengringe 9, 10, 11 können einem so großen Verschleiß unterliegen, daß die Funktionsfähigkeit des Getriebes beeinträchtigt ist oder es vollständig ausfällt. Diese Probleme werden durch die Verwendung der verschleißfesten, übereutektischen Aluminium-Silicium-Legierung für die umgossene Buchse 3 erheblich vermindert bzw. ganz beseitigt.

Eine etwa axial verlaufende Druckölbohrung 12 kann zur umgossenen Buchse 3 geführt sein, in der eine etwa radial verlaufende Bohrung 13 angeordnet ist, um das Drucköl zur Lauffläche des Maschinenelements 7 zu führen. Die etwa axial verlaufende Bohrung 12 schneidet die umgossene Buchse 3 teilweise an, jedoch können dadurch keine Abdichtungsprobleme entstehen, da durch die Schrumpfspannungen in der umgossenen Buchse 3 eine sichere Abdichtung zwischen dem nabenartigen Fortsatz 2 und der umgossenen Buchse 3 gegeben ist.

Das Bauteil 1 mit dem nabenartigen Fortsatz 2 und der umgossenen Buchse 3 läßt sich auf verschiedene Weise herstellen. So kann das Bauteil 1 mit dem nabenartigen Fortsatz 2 in einer ersten Druckgießform gegossen und nach dem Erstarren entformt werden. Danach kann die Oberfläche des nabenartigen Fortsatzes 2 durch eine mechanische Bearbeitung mit Umfangsnuten, -rillen, Rändelungen oder dergleichen versehen werden und in eine weitere Druckgießform eingesetzt werden, wo der nabenartige Fortsatz 2 umgossen wird. In diesem Fall kann zwischen der Herstellung des Bauteils 1 mit dem nabenartigen Fortsatz 2 und dem Umgießen mit der Buchse 3 ein erheblicher Zeitraum vergehen, so daß das Bauteil 1 mit dem nabenartigen Fortsatz 2 beim Einsetzen in die zweite Druckgießform Raumtemperatur aufweist. Aufgrund des großen Temperaturunterschiedes zwischen der umgossenen Buchse 3 und dem nabenartigen Fortsatz 2 entstehen in der Buchse 3 erhebliche Schrumpfspannungen, die für eine feste und dichte Verbindung zwischen der Buchse 3 und dem nabenartigen Fortsatz 2 sorgen.

Ist die Gießform für das Bauteil 1 mit dem nabenartigen Fortsatz 2 in der durch die Achse des nabenartigen Fortsatzes 2 verlaufenden Längsmittelebene geteilt, lassen sich die Umfangsnuten bzw. -rillen 4 bereits in der Gießform vorsehen, so daß eine anschließende mechanische Bearbeitung entfallen kann.

Des weiteren ist es möglich, das Bauteil 1 mit dem nabenartigen Fortsatz 2 und der Buchse 3 in einer einzigen Druckgießform herzustellen, wenn in der Form ein den nabenartigen Fortsatz 2 umgreifender, buchsenartiger Formeinsatz vorhanden ist, der sich nach Beginn des Erstarrens zumindestens der Oberfläche des nabenartigen Fortsatzes 2 zurückziehen läßt, so daß sich der dadurch gebildete Ringraum mit der Gußlegierung für die Buchse 3 füllen läßt. Durch geeignete Wahl der Gießzyklen und Gießtemperaturen läßt sich erreichen, daß durch die Aluminiumschmelze für die Buchse 3 die Oberfläche des nabenartigen Fortsatzes angeschmolzen wird und eine metallische Verbindung zwischen der Buchse 3 und dem nabenartigen Fortsatz 2 entsteht.

Nach der mechanischen Bearbeitung der Buchse 3 können die Maschinenelemente 5, 6, 7 und die Sprengringe 9, 10, 11 direkt montiert werden. Es ist jedoch auch möglich, die bearbeiteten Flächen durch Ätzen so zu behandeln, daß die Siliciumkristalle hervortreten und eine Verschleißschicht bilden.

Claims

1. Bauteil aus einer Leichtmetallgußlegierung, hergestellt vorzugsweise im Druckgieß- oder Gießpreßverfahren, mit

- einem nabenartigen Fortsatz (2) zur Lagerung von sich drehenden Maschinenteilen (5, 6, 7) und
- einer um den nabenartigen Fortsatz (2) gegossenen Buchse (3) aus einer verschleißfesteren Leichtmetallgußlegierung.

2. Bauteil nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung einer untereutektischen Aluminium-Silicium-Kupfer-Legierung (z. B. GD-AlSi9Cu3) für das Bauteil (1) und einer übereutektischen Aluminium-Silicium-Kupfer-Magnesium-Legierung (z. B. GD-AlSi17Cu4Mg) für die Buchse (3).

3. Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der nabenartige Fortsatz (2) Umfangsrillen oder -nuten (4) zur Verankerung der umgossenen Buchse (3) aufweist.

4. Verfahren zum Herstellen des Bauteils nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3 mit den Schritten:

- Gießen des Bauteils mit dem nabenartigen Fortsatz aus einer Leichtmetallgußlegierung in einer ersten Gießform,
- Entformen des Bauteils nach dem Erstarren,
- Einbringen des Bauteils in eine zweite Gießform,
- Umgießen des nabenartigen Fortsatzes mit einer verschleißfesteren Leichtmetallgußlegierung,
- Entformen des Bauteils nach dem Erstarren.

5. Verfahren zum Herstellen des Bauteils nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil in einer Druckgießform gegossen wird, nach dem Entformen am nabenartigen Fortsatz durch mechanische Bearbeitung Umfangsrillen oder -nuten angebracht werden und der nabenartige Fortsatz in einer zweiten Druckgießform mit der verschleißfesteren Leichmetallgußlegierung umgossen wird.

6. Verfahren zum Herstellen des Bauteils nach Anspruch 1 oder 2 mit den Schritten:

- Gießen des Bauteils mit dem nabenartigen Fortsatz aus einer Leichtmetallgußlegierung in einer Druckgießform,
- Zurückziehen eines den nabenartigen Fortsatz umgreifenden buchsenartigen Formeinsatzes nach Beginn des Erstarrens zumindest der Oberfläche des nabenartigen Fortsatzes,
- Umgießen des nabenartigen Fortsatzes mit einer verschleißfesteren Leichmetallgußlegierung durch Füllen des durch das Zwischenziehen des Formeinsatzes gebildeten Ringraums,
- Entformen des Bauteils nach dem Erstarren.