EP1527833B1

EP1527833B1 - Verfahren zur Herstellung eines Verbundgussteils sowie Verbundgussteil

Info

Publication number: EP1527833B1
Application number: EP20040020965
Authority: EP
Inventors: Eckard Pueschel
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2003-10-30
Filing date: 2004-09-03
Publication date: 2010-02-24
Anticipated expiration: 2024-09-03
Also published as: EP1527833A1; DE10350713A1; DE502004010802D1; ES2338786T3

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundgussteils, wobei ein in einem ersten Schritt hergestelltes Ausgangsteil in einem weiteren Schritt mit einem Gusswerkstoff verbunden wird.
Das Ausgangsteil kann im weiteren Schritt mit einem Gusswerkstoff vollständig oder teilweise umgossen bzw. eingegossen werden, ebenso kann nur ein (bereichsweiser) Anguss erfolgen. Bei den Gussmaterialien kann es sich um Metalle mit üblichen Verunreinigungen oder um Legierungen, insbesondere auch um Leichtmetalle oder Leichtmetalllegierungen, wie Aluminium oder Magnesium, handeln. Die Herstellung kann mit üblichen Gießverfahren wie Druckguss, Kokillenguss, Lost-Foam-Guss, Sandguss, Strangguss, Thixocasting, Squezzecasting oder Schleuderguss erfolgen.
Derartige Verbundgussteile werden beispielsweise in brennkraftmaschinengetriebenen Kraftfahrzeugen als Kurbelgehäuse verwendet. Bei dem Ausgangsteil kann es sich dabei um Zylinderlaufbuchsen aus Stahl, wie Grauguss, handeln, welche mit Leichtmetall oder einer Leichtmetalllegierung aus Aluminium oder Magnesium umgossen werden. Ebenso werden beispielsweise übereutektische Aluminiumzylinderlaufbuchsen mit einer untereutektischen Aluminiumlegierung umgossen.
Als besonders kritisch hat sich die Anbindung im Kontaktbereich zwischen Ausgangsteil und dem mit diesem verbundenen Gussmaterial erwiesen, so dass diesbezüglich eine Reihe von Lösungsvorschlägen bekannt geworden sind.
Die DE 44 34 576 A1 bezieht sich auf einen gegossenen Verbundgusszylinder oder -zylinderblock aus untereutektischer Aluminium-Silizium-Legierung mit umgossener Laufbuchse aus übereutektischer Aluminium-Silizium-Legierung und schlägt beispielsweise vor, die Laufbuchsen außenseitig mittels Rillen, Riefen, Rippen oder Wellen aufzurauen, um die notwendige feste Anbindung des Umgusses zu gewährleisten.
Neben derartigen - häufig nicht ausreichenden - mechanischen Maßnahmen sind Verfahren bekannt geworden, welche zur Verbesserung der metallurgischen Bindung zwischen Ausgangsteil und Umguss eine metallische Beschichtung des Ausgangsteils vorsehen.
In diesem Zusammenhang wird auf die DE 197 45 725 A1 verwiesen, welche ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundgussteils aus einer Leichtmetalllegierung mit einem eingegossenen Eingusskörper betrifft und das Aufbringen einer Nickel- oder Molybdänlegierung auf den Eingusskörper mittels Lichtbogen- oder Plasmaspritzen beschreibt.
Die Anbindung des Umgusses an das Ausgangsteil ist bei den bekannten Verfahren und Verbundgussteilen entweder nicht ausreichend oder nur mit einem sehr großen Aufwand hinsichtlich Herstellung und Kosten zu erreichen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine besonders gute Anbindung von Gussmaterial an ein Ausgangsteil bei gleichzeitig sehr geringem Aufwand zu gewährleisten. Beispielsweise bei einer Brennkraftmaschine soll ein Verzug der Zylinder oder des Kurbelgehäuses wirksam vermieden werden, die Struktureigenschaften der Gussmaterialien sollen eindeutig bleiben.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, welches eine Beschichtung des Ausgangsteils zumindest im Verbundbereich mit einer Kunststoffschicht umfasst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens verbrennt die Kunststoffschicht im weiteren Schritt, zweckmäßgerweise rückstandsfrei, wobei bei der Verbrennung nur ungiftige Stoffe, wie CO₂ und/oder H₂O gebildet werden. Von besonderem Vorteil ist es, wenn die Kunststoffschicht bei der Verbrennung eine inerte Schutzgasatmosphäre, beispielsweise CO₂, bildet.
Einem ebenfalls besonders bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens zufolge setzt die Kunststoffschicht während dem weiteren Schritt Wärme frei, wobei durch eine gezielte Ausbildung der Kunststoffschicht die Wärmefreisetzung steuerbar ist. Beispielsweise bedingt eine dickere Kunststoffschicht ebenso wie eine Beschichtung mit einem Kunststoff, welcher einen hohe Energie, wie Bindungsenergie, gespeichert hat, eine höhere Wärmefreisetzung.
Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn das Ausgangsteil mit einer Kunststoffschicht, beispielsweise aus Polyethylen, Polystyrol oder Polyester, versehen wird, wobei die Kunststoffschicht zweckmäßigerweise überzug-, folien-, gewebe- oder beschichtungsartig ausgebildet ist und eine Dicke von wenigen µm bis zu 5 mm, insbesondere von ca. 1 bis 3 mm, aufweist.
Nachfolgend ist ein besonders zu bevorzugendes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Bezugnahme auf Figuren näher erläutert, dabei zeigen schematisch und beispielhaft

Figur 1: eine Druckgussform für ein Kurbelgehäuse einer Brennkraftmaschine mit kunststoffbeschichteten Zylinderlaufbuchsen sowie
Figur 2: eine kunststoffbeschichtete Zylinderlaufbuchse.

In Figur 1 ist eine Druckgussform 100 für ein nicht näher gezeigtes Kurbelgehäuse einer Brennkraftmaschine dargestellt. Insbesondere um das Gewicht des Kurbelgehäuses zu reduzieren, wird als Gussmaterial vorliegend eine Leichtmetalllegierung, beispielsweise eine Aluminium-Silizium-Legierung oder eine Magnesiumlegierung, verwendet. Eine besondere Beanspruchung erfahren im Betrieb der Brennkraftmaschine die Zylinderlaufbuchsen 104, so dass diese aus einem anderen Material als der Umguss bestehen. Beispielsweise sind die Zylinderlaufbuchsen 104 aus Grauguss oder aus einer übereutektischen Aluminium-Silizium-Legierung hergestellt, welche in die Aluminium-Matrix eingebettete, gleichmäßig ausgebildete und verteilte Silizium-Primärkristalle umfasst.
Die Zylinderlaufbuchsen 204 sind - wie in Figur 2 dargestellt - als Einlegeteile vorgefertigt und mit einer Kunststoffschicht 206 versehen. Die Kunststoffschicht 206 besteht vorliegend aus Polyethylen, Styrol oder Polyester und ist auf die Zylinderlaufbuchsen 204 aufgebracht. Im Ausführungsbeispiels sind die Zylinderlaufbuchsen 204 nur radial außenseitig mit der Kunststoffschicht 206 versehen, jedoch wird es auch als sehr zweckmäßig angesehen, wenn das Einlegeteil allseitig ummantelt ist. Insbesondere besteht dann ein guter Oberflächenschutz des Einlegeteiles bis zu Vergießen. Die Kunststoffschicht 206 ist folien-, gewebe-, überzug- oder beschichtungsartig ausgebildet.
Im Gießprozess wird der Formraum 102 der Druckgussform 100 unter hohem Druck mit der metallische Schmelze des Umgusses gefüllt, dabei verbrennt bedingt durch die hohe Temperatur der Schmelze die Kunststoffschicht 206 vorliegend ungiftig und rückstandsfrei unter Freisetzung von CO₂ und H₂O. Das CO₂ bildet eine schutzgasartige Atmosphäre, welche während des Gießprozesses eine Oxidhautbildung des Vergussmetalls verhindert. Ferner wird bei der Verbrennung der Kunststoffschicht 206 Wärme freigesetzt und so das Erkalten der Schmelze-Front verzögert, es werden Kaltlaufstellen verhindert.
Wenn gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel andere Kunststoffe verwendet werden, kann gegebenenfalls auch eine nicht ungiftige und/oder nicht rückstandsfreie Verbrennung erfolgen. Es können Stoffe freigesetzt werden, welche im Verbundbereich eine Veränderung der Legierung und/oder des Gefüges des Einlegeteils und/oder des Umgusses bewirken. Schließlich kann durch gezielte Auswahl und/oder Anreicherung des Kunststoffes die Wärmefreisetzung besonders gesteuert werden. Die Kunststoffschicht 206 kann das Einlegeteil, wie Zylinderlaufbuchsen 204, gegebenenfalls nur bereichsweise umhüllen und/oder eine unterschiedliche Dicke, eine unterschiedliche Zusammensetzung und/oder unterschiedliche Eigenschaften aufweisen.
Erfindungsgemäße kunststoffbeschichtete Einlegeteil können in Verbindung mit unterschiedlichen Gießverfahren, wie Druckguss, Kokillenguss, Lost-Foam-Guss, Sandguss, Strangguss, Thixocasting, Squezzecasting oder Schleuderguss, verwendet werden.
Das nach dem Verfahren hergestellte Verbundgussteil zeichnet sich insbesondere durch eine besonders gute Verbindung zwischen Umgussmaterial und Einleger aus, wobei gleichzeitig die Herstellung einen im Vergleich zu anderen verbindungsverbessernden Maßnahmen sehr geringem Aufwand erfordert.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Verbundgussteils, wobei ein in einem ersten Schritt hergestelltes Ausgangsteil in einem weiteren Schritt mit einem Gusswerkstoff verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem ersten und vor dem weiteren Schritt das Ausgangsteil (104, 204) zumindest im Verbundbereich mit einer Kunststoffschicht (206) versehen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffschicht (206) im weiteren Schritt verbrennt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffschicht (206) während dem weiteren Schritt rückstandsfrei verbrennt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffschicht (206) bei der Verbrennung nur ungiftige Stoffe bildet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffschicht (206) bei der Verbrennung eine Schutzgasatmosphäre bildet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffschicht (206) rückstandsfrei zu CO₂ und/oder H₂O verbrennt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffschicht (206) während dem weiteren Schritt Wärme freisetzt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmefreisetzung durch eine gezielte Ausbildung der Kunststoffschicht (206) gesteuert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die verwendete Kunststoffschicht (206) aus Polyethylen, Polystyrol oder Polyester gebildet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die verwendete Kunststoffschicht (206) überzug-, folien-, gewebe- oder beschichtungsartig ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die verwendete Kunststoffschicht (206) eine Dicke von wenigen µm bis zu 5 mm, insbesondere von ca. 1 bis 3 mm, aufweist.