EP0902095B1 - Gussbauteil aus einem Leichtmetallwerkstoff mit einer zur Steigerung der Dämpfung dienenden Giessenlage. - Google Patents

Gussbauteil aus einem Leichtmetallwerkstoff mit einer zur Steigerung der Dämpfung dienenden Giessenlage. Download PDF

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EP0902095B1
EP0902095B1 EP98109036A EP98109036A EP0902095B1 EP 0902095 B1 EP0902095 B1 EP 0902095B1 EP 98109036 A EP98109036 A EP 98109036A EP 98109036 A EP98109036 A EP 98109036A EP 0902095 B1 EP0902095 B1 EP 0902095B1
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light
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Wolfram Honsberg
Klaus Prof. Dr. Eigenfeld
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    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D19/00—Casting in, on, or around objects which form part of the product
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D25/00—Special casting characterised by the nature of the product
    • B22D25/06—Special casting characterised by the nature of the product by its physical properties

Definitions

  • the invention relates to a cast component made of a light metal material a casting insert used to increase damping.
  • SiC, graphite, Al 2 O 3 particles and graphite, W, B, SiC, Al 2 O3 fibers are predominantly used as the reinforcement phase in the sense of an additional element that increases the damping.
  • the composites are manufactured using the technologies of melt metallurgy, powder metallurgy and spray compacting. Another way to achieve a higher damping of the light metal materials is to manufacture porous materials.
  • the porous structures can be adjusted using sintering technology and spray compacting.
  • a porous material is also present in the metal foams produced by powder metallurgy and melt metallurgy.
  • the design of the components with ribbing to minimize the Sound radiation is disadvantageous and manifold for reasons of weight and space not possible.
  • the disadvantages of composite materials are in particular the higher ones Manufacturing costs by introducing the reinforcement phase or the additional Damping element in the matrix material and the problems with the complex Recycling of such materials.
  • the porous materials the Compared to the solid material, the mechanical properties are significantly poorer a major disadvantage.
  • US 5 523 171 A is a reinforced material for a connecting rod Motor vehicle became known. It is a cast aluminum connecting rod with a Casting insert made of stainless steel in the form of a fabric, disclosed.
  • this fabric is disadvantageous in particular because of the wire used and in terms of mesh length and width labeled fabric formation not suitable, the internal damping of the To increase cast aluminum.
  • the invention is based, for a cast component from a task Light metal material to increase the material or natural damping of the Light metal material to show an additional element in the form of a casting insert.
  • the casting insert as a pressed molded part from one Wire texture is formed from a wire, from a highly damping nickel material with a purity of at least 99% and / or from one highly damping ferritic FeCrAl 20 5 steel, and each, from one Heavy metal wire and / or a wire made of a heavy metal alloy from Large material or natural damping formed part for complete Infiltration with the light metal material as a pickled before pouring Mesh with a mesh size of 2-30 mm and a mesh length of 1.5-15 mm that is formed in the connection areas of light metal matrix and respective heavy metal wires of the mesh with an energy input (Sound, structure-borne sound) caused by longitudinally elastic to the wires Deformations by means of dislocation movements and / or glide boundary sliding and / or interfacial friction an increased material or natural damping in Light metal material or in the cast component is achieved.
  • Wire inlays in light metal components are e.g. from DE-B 1 134 481 for Purpose of component reinforcement known.
  • the use of metallic is also for this Fibers known for example from DE-A 26 44 272.
  • Mats made of metallic Threads in cast components are described in US Pat. No. 3,098,723 DE-Z "Archive for the ironworks, 43rd year, volume 7, July 1972, pages 571 - 575 "known to pour into aluminum or magnesium wires for Component reinforcement, an increased internal damping in the sense of the invention however, nowhere revealed.
  • the advantage of the invention is a multiple increase over the solid material the internal damping of the light metal material used for a cast component to see.
  • the cast component according to the invention in particular is used for die cast components, these in further Design as a vehicle and / or machine-bound die-cast components can be like e.g. an oil pan, a gearbox cover, one Cylinder head cover, gearbox housing, etc.
  • the wire texture designed as a casting insert can be made of a fabric ordered structure and / or formed from a mat-like, disordered structure be such that a porosity for substantially complete infiltration is achieved through the light metal matrix.
  • the wire texture is expediently made of multilayer wire knitted webs formed, which according to a particularly preferred embodiment of the invention from a round or flat wire with a diameter of 0.05-0.6 mm are formed.
  • the process according to the invention takes the form of a die-cast part made of an aluminum alloy
  • an element of such a heavy metal or Heavy metal alloy formed by great internal damping and when casting in essential completely infiltratable wire texture used as a casting insert that in the connection areas of the light metal matrix and heavy metal wires an energy input through sound or structure-borne sound through to the wires longitudinally elastic deformations an increase in material damping in the cast component is effected.
  • the longitudinal elastic deformations caused by energy input are based in particular on dislocation movements, on interface friction as well as on grain boundary gliding.
  • the knitted fabric from one Wire made of a highly damping nickel material with a purity of at least 99% formed is chosen in terms of its density such that a wire mesh porosity for substantially complete infiltration is specified by the aluminum alloy.
  • a particularly high damping is achieved in that the wire texture as a pressed molded part of multilayer Wire mesh webs are formed with loops interlocking is, the wire knit molding is pickled for better pourability.
  • a die-cast part with a casting insert made of a nickel wire knit results in opposite a die-cast part made of a solid aluminum alloy multiple Natural attenuation.
  • a die-cast part with the inherent damping achieved according to the invention has an advantageous effect at frequencies such as those found in drive units of motor vehicles occur.
  • a wire texture can also be used as a knitted fabric made of a wire made of a highly damping ferritic FeCrAl 20 5 steel are formed, preferably also as pressed and pickled Knitted wire molding.
  • a wire texture serving as a casting insert can also be used be formed from wires from both materials.
  • the wire texture designed as a casting insert can also be a fabric-like one ordered structure and / or from a mat-like, disordered structure be formed such that a porosity for substantially complete infiltration is achieved by the respective light metal matrix.
  • the method according to the invention offers, in addition to the advantageously sound-absorbing Effect the further advantage that through the use of metallic wire mesh the highly damping light metal material easily and completely is recyclable.

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gußbauteil aus einem Leichtmetallwerkstoff mit einer zur Steigerung der Dämpfung dienenden Gießeinlage.
Die im Stand der Technik für die Herstellung von Automobilkomponenten wie beispielsweise einer Ölwanne oder eines Räderkastendeckels verwendeten Leichtmetallwerkstoffe, 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 Verbesserung des Dämpfungsverhaltens dieser Leichtmetattwerkstoffe konnte einerseits durch Verrippung der Bauteile und andererseits mit dem Einsatz von Verbundwerkstoffen erreicht werden.
Als Verstärkungsphase im Sinne eines zusätzlichen, die Dämpfung steigernden Elementes werden bei den Verbundwerkstoffen vorwiegend SiC-, Graphit-, Al2O3-Partikel sowie Graphit-, W-, B-, SiC-, Al2O3-Fasern eingesetzt. Die Verbundwerkstoffe werden unter Verwendung der Technologien der Schmelzmetallurgie, der Pulvermetallurgie und des Sprühkompaktierens hergestellt. Eine weitere Möglichkeit 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 erzeugten 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 zusätzlichen Dämpfungselementes in den Matrixwerkstoff und die Probleme beim aufwendigen Recycling derartiger Werkstoffe. Bei den porösen Werkstoffen sind die im Vergleich zu dem Vollmaterial deutlich schlechteren mechanischen Eigenschaften ein wesentlicher Nachteil.
Mit der US 5 523 171 A ist ein verstärkter Werkstoff für eine Pleuelstange eines Kraftfahrzeuges bekannt geworden. Es ist ein Aluminium-Gusspleuel mit einer Gießeinlage bestehend aus rostfreiem Stahl in der Form eines Gewebes, offenbart. Nachteiligerweise ist jedoch dieses Gewebe insbesondere aufgrund des verwendeten Drahtes und in Bezug auf die durch Maschenlänge und -weite gekennzeichnete Gewebeausbildung nicht geeignet, die innere Dämpfung des Aluminiumgusses zu steigern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für ein Gussbauteil aus einem Leichtmetallwerkstoff zur Steigerung der Material- bzw. Eigendämpfung des Leichtmetallwerkstoffes ein zusätzliches Element in Form einer Gießeinlage aufzuzeigen.
Diese Aufgabe ist mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst, wobei gemäß der zugrundeliegende Idee die Gießeinlage als ein gepresstes Formteil aus einer Draht-Textur gebildet ist aus einem Draht, aus einem hochdämpfenden Nickel-Werkstoff mit einer Reinheit von mindestens 99% und/oder aus einem hochdämpfenden ferritischen FeCrAl 20 5-Stahl, und das jeweilige, aus einem Schwermetall-Draht und/oder einem Draht aus einer Schwermetall-Legierung von jeweils großer Material- bzw. Eigendämpfung gebildete Formteil zur vollständigen Infiltration mit dem Leichtmetallwerkstoff als ein vor dem Eingießen gebeiztes Maschengeflecht mit einer Maschenweite von 2-30 mm und einer Maschenlänge von 1,5-15 mm ausgebildet ist, dass in den Verbindungsbereichen von Leichtmetall-Matrix und jeweiligen Schwermetall-Drähten der Maschen bei einem Energieeintrag (Schall, Körperschall) durch zu den Drähten bewirkten längselastischen Verformungen mittels Versetzungsbewegungen und/oder Komgrenzengleiten und/oder Grenzflächenreibung eine gesteigerte Material- bzw. Eigendämpfung im Leichtmetallwerkstoff bzw. im Gussbauteil erzielt ist.
Drahteinlagen in Leichtmetallbauteilen sind z.B. aus der DE-B 1 134 481 zum Zweck der Bauteilverstärkung bekannt. Hierfür ist auch der Einsatz metallischer Fasern beispielsweise aus der DE-A 26 44 272 bekannt. Matten aus metallischen Fäden in Gußbauteilen beschreibt die US-A 3 098 723. Schließlich ist es aus der DE-Z "Archiv für das Eisenhüttenwesen, 43. Jahrgang, Heft 7, Juli 1972, Seiten 571 - 575" bekannt, in Aluminium oder Magnesium Drähte einzugießen zur Bauteilverstärkung, eine gesteigerte Eigendämpfung im Sinne der Erfindung ist jedoch nirgends geoffenbart.
Der Vorteil der Erfindung ist gegenüber dem Vollmaterial in einer mehrfachen Steigerung der Eigendämpfung des für ein Gußbauteil verwendeten Leichtmetallwerkstoffes zu sehen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das erfindungsgemäße Gussbauteil insbesondere für Druckgußbauteile Verwendung findet, wobei 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.
Ferner kann die als Gießeinlage gestaltete Draht-Textur aus einer gewebeartig geordneten Struktur und/oder aus einer mattenartigen, ungeordneten Struktur gebildet sein derart, daß eine Porosität für eine im wesentlichen vollständige Infiltration durch die Leichtmetallmatrix erzielt wird.
Zweckmäßigerweise ist die Draht-Textur aus mehrlagigen Drahtstrickbahnen gebildet, welche gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung aus einem Rund- oder Flachdraht mit einem Durchmesser von 0,05-0,6 mm gebildet sind.
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, wobei die Dämpfung mittels eines zusätzlichen Elementes gesteigert wird. Erfindungsgemäß 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 längsefastische Verformungen eine Steigerung der Materialdämpfung im Gußbauteil bewirkt wird. Die durch Energieeintrag ausgelösten längselastischen Verformungen beruhen insbesondere aus Versetzungsbewegungen, auf Grenzflächenreibung 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 aus einem Rund- oder Flachdraht von 0,05 - 0,6 mm Durchmesser bezüglich seiner Dichte derart gewählt ist, daß eine Porosität des Drahtgestrickes für eine im wesentlichen vollständige Infiltration durch die Alu-Legierung vorgegeben wird. Eine besonders hohe Dämpfung wird dadurch erreicht, daß die Draht-Textur als ein gepreßtes Formteil aus mehrlagigen Drahtgestrickbahnen mit schlingenförmig ineinandergreifenden Maschen gebildet wird, wobei das Drahtgestrick-Formteil zur besseren Eingießbarkeit gebeizt wird. Für eine im wesentlichen vollständige Infiltration durch den Leichtmetallwerkstoff wird vorzugsweise ein Drahtgestrick-Formteil mit einer Maschenteilung von 2 - 30 mm und mit einer Maschenlänge von 1,5 - 15 mm verwendet.
Ein Druckgußteil mit einer Gießeinlage aus einem Nickel-Drahtgestrick ergibt gegenüber einem Druckgußteil 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-Textur als ein Gestrick aus einem Draht aus einem hochdämpfenden ferritischen FeCrAl 20 5-Stahl gebildet werden, vorzugsweise ebenfalls als gepreßtes und gebeiztes Drahtgestrick-Formteil. 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 gewebeartig 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 Drahtgestricken der hochdämpfende Leichtmetallwerkstoff problemlos und vollständig rezyklierbar ist.

Claims (5)

  1. Gussbauteil aus einem Leichtmetattwerkstoff mit einer zur Steigerung der Dämpfung dienenden Gießeinlage,
    die als ein gepresstes Formteil aus einer Draht-Textur gebildet ist aus einem Draht
    aus einem hochdämpfenden Nickel-Werkstoff mit einer Reinheit von mindestens 99% oder/und
    aus einem hochdämpfenden ferritischen FeCrAl 20 5 - Stahl, und
    das jeweilige, aus einem Schwermetall-Draht oder/und einem Draht aus einer Schwermetall-Legierung von jeweils großer Material-bzw. Eigendämpfung gebildete Formteil zur vollständigen Infiltration mit dem Leichtmetallwerkstoff als ein vor dem Eingießen gebeiztes Maschengeflecht mit einer Maschenweite von 2 - 30 mm und einer Maschenlänge von 1,5 - 15 mm ausgebildet ist, dass
    in den Verbindungsbereichen von Leichtmetall-Matrix und jeweiligen Schwermetall-Drähten der Maschen bei einem Energieeintrag (Schall, Körperschall) durch zu den Drähten bewirkten längselastischen Verformungen mittels Versetzungsbewegungen und/oder Komgrenzengleiten und/oder Grenzflächenreibung eine gesteigerte Material-bzw. Eigendämpfung im Leichtmetaltwerkstoff bzw.im Gussbauteil erzielt ist.
  2. Verwendung eines Gussbauteils nach Anspruch 1, als Druckguss - Bauteil für fahrzeug- und/ oder maschinengebundene Teile wie Ölwanne, Räderkastendeckel, Zylinderkopfhaube, Getriebegehäuse.
  3. Gussbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    dass die Draht-Textur aus einer gewebeartig geordneten Struktur gebildet ist mit einer Porosität für eine im wesentlichen vollständige Infiltration durch den Leichtmetallwerkstoff.
  4. Gussbauteil nach einem der Ansprüche 1 und 3, dadurch gekennzeichnet,
    dass die Draht-Textur aus mehrlagigen Drahtgestrickbahnen gebildet ist.
  5. Gussbauteil nach einem der Ansprüche 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet,
    dass die jeweilige Draht-Textur aus einem Rund- oder Flachdraht mit einem Durchmesser von 0,05 - 0,6 gebildet ist
EP98109036A 1997-08-28 1998-05-18 Gussbauteil aus einem Leichtmetallwerkstoff mit einer zur Steigerung der Dämpfung dienenden Giessenlage. Expired - Lifetime EP0902095B1 (de)

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