WO2006048111A1 - Verstärktes bauteil - Google Patents

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WO2006048111A1
WO2006048111A1 PCT/EP2005/011161 EP2005011161W WO2006048111A1 WO 2006048111 A1 WO2006048111 A1 WO 2006048111A1 EP 2005011161 W EP2005011161 W EP 2005011161W WO 2006048111 A1 WO2006048111 A1 WO 2006048111A1
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WO
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skeleton
component
cylinder head
component according
forms
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Application number
PCT/EP2005/011161
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Olaf Hildebrand
Original Assignee
Fev Motorentechnik Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fev Motorentechnik Gmbh filed Critical Fev Motorentechnik Gmbh
Publication of WO2006048111A1 publication Critical patent/WO2006048111A1/de

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24—Cylinder heads
    • F02F1/26—Cylinder heads having cooling means
    • F02F1/36—Cylinder heads having cooling means for liquid cooling
    • F02F1/38—Cylinder heads having cooling means for liquid cooling the cylinder heads being of overhead valve type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • 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
    • B22D19/0009—Cylinders, pistons

Definitions

  • the present invention relates to a reinforced component, in particular a Antrieb ⁇ strand of a motor vehicle, preferably a cylinder head of an internal combustion engine having a gain, and a method for producing such a component.
  • the object of the present invention is to make it possible to reduce the weight of a component, while still ensuring a high rigidity of the component.
  • An inventive component of a drive train of a motor vehicle has an outer contour and a skeleton made of a first material, wherein a second eingos ⁇ seren material is at least partially disposed in a cavity which has the skeleton.
  • the powertrain includes, in particular, components such as the engine, clutch, transmission, steering shafts, differential, axle shafts and wheels, without which this list is exhaustive.
  • a component may be, for example, a housing or be part of a housing. It may also form an outer shape and / or an inner shape arranged in an interior of an assembly. For example, it may be part of a pump of a vehicle.
  • the second material is preferably also metallic.
  • the first material may be a light metal, in particular an aluminum-containing material.
  • the second material may also be a metal foam or a sintered metal.
  • the second material can also first be introduced, for example, in a powder structure and subsequently converted into its metal foam structure. This should also fall under the definition of the cast-in second material.
  • the second material enhances the structure of the component created by the first material, in particular the skeleton and / or the outer contour.
  • the first material is an aluminum-containing material
  • the second material is a cast material, e.g. GG or GGG casting.
  • the skeleton has at least partially the second material as a filling. It can also be provided that the skeleton at least partially encases the second material. This can be achieved, for example, by filling a cavity of the skeleton with the second material.
  • the second material is arranged at least in sections as an insert in the skeleton. For this purpose, material from the second material, for example, preformed and inserted as an inlay, before the second material or a third material is additionally cast. This makes it possible, for example, to insert prefabricated material by means of a core, which is at least partially enclosed by the second material and connected to the skeleton and, in particular, to the first material.
  • the inlay can at least partially soften. It is also possible to use an inlay made of a material which can be removed after pouring in the second material or is removed by pouring in the second material.
  • a method for producing a component is proposed.
  • a skeleton of the component is made of a first material made of light metal, in which a second metallic material different from the first material is poured.
  • the second material is cast in such a way that it forms a reinforcement at least for the skeleton.
  • the skeleton is thereby preferably supported against tensile and / or compressive forces.
  • a further development provides a cylinder head for an internal combustion engine.
  • Die ⁇ ser has an outer contour and arranged in the interior of the cylinder head skeleton of a first material made of light metal, in particular an aluminum-containing material, wherein the skeleton has cavities for a liquid transport through the cylinder head, and a second material for stiffening walls of the skewer Letts by supporting walls of the skeleton is at least equipped with each other for receiving a cylinder combustion chamber combustion pressure.
  • the cylinder head makes it possible to ensure stiffening and stabilization of a light-metal cylinder head even with peak pressures of 180 bar and more prevailing in the combustion chamber.
  • a weight saving in the construction of the cylinder head is ensured by the light metal, in particular by the aluminum-containing material.
  • the second material is not aluminum-containing, but differs from the first material.
  • the second material has a higher density than the first material.
  • the skeleton has the second material as filling at least in sections.
  • the skeleton which is created, for example, by the various walls arranged in the cylinder head, can be at least partially filled by the second material.
  • the second material in the skeleton can be arranged so that special cavities are closed by the second material.
  • the skeleton at least partially encases the second material.
  • the second material may form a coating which preferably has at least one thickness which corresponds to that of a wall thickness of the first material.
  • the casing can be unilateral as well as two-sided.
  • the second material is arranged at least in sections as an insert in the skeleton.
  • the second material may be present as an insert be formed before it is placed in the skeleton.
  • An accuracy of fit can be produced by the fact that, for example, by heating or cooling of the skeleton or the insert a dimensional difference is found that allows insertion of the insert into the skeleton.
  • the second material in the form of an insert as well as casting material is supplied to the skeleton.
  • the insert or the material to be poured in to reinforce the walls of the skeleton consist in turn of different materials.
  • an insert may consist of a third material which is fixed and connected by the second material to be infiltrated with the first material of the skeleton.
  • an oil deck and / or a water jacket is formed with the first material.
  • the oil deck or the water jacket have cavities which are at least partially coated, in particular filled, with the second material.
  • Other areas of the oil deck or the water jacket, in particular cavities thereof, are free of the second material.
  • the cylinder head has a skeleton made of light metal, wherein the second material forms an oil deck in the cylinder head.
  • the second material is introduced as an insert into the skeleton.
  • This insert has the necessary for an oil deck cavities and guides that allow a later flow of oil.
  • the insert can also be designed such that it essentially forms only guides or lines within an oil deck or water jacket.
  • the second material is arranged in the cylinder head such that a water jacket and an oil deck are stabilized, wherein the water jacket as well as the
  • Oil deck are completely formed by the first material.
  • the stabilization of the water jacket as well as of the oil deck provides, for example, that a connection is created between the water jacket and the oil deck via the second material.
  • the second material allow a stiffening between opposing walls of water jacket and oil deck.
  • the first material forms a continuous heat bridge from a combustion chamber to an outer contour.
  • the light metal extends to the combustion chamber and forms a contour of the same.
  • the second material in turn stabilizes, in particular, a region of the first material which is close to the combustion chamber, as a result of which the compressive forces arising in the combustion chamber are intensified by the interaction of the geometries of the first material and the second material in the combustion chamber.
  • linderkopf can be initiated.
  • the second material forms an injector dome. This injector is preferably non-positively and positively connected to the first material.
  • the second material is selected in particular with regard to the properties adapted to the first material.
  • a second material for example, a cast material, a steel, a sintered material and / or a metal foam can be used.
  • two or more materials may be used in addition to the first material in the cylinder head.
  • an insert made of a first material for example a metal foam, can be inserted into the skeleton. Subsequently, this first material is fixed and connected by a pourable material in the skeleton with the first material.
  • cast iron can be used as cast material.
  • a method for producing a component such as a cylinder head, in particular a Zylinder ⁇ head described above in which a skeleton of the cylinder head is made of a material of light metal, in which a different material from the first material second is introduced that when using the cylinder head of the second Maschinen ⁇ material of the skeleton is supported against an acting cylinder interior pressure.
  • the second material is poured into the skeleton for this purpose.
  • the first material can be cooled at least during the pouring of the second material.
  • the first material is coated before pouring the second material. In this way it can be avoided that material cracks or voids can occur due to temperature differences or different expansion coefficients.
  • a further embodiment provides that the second material is first poured only partially, in order to achieve a formation of a coating on the material. Once this has taken place, the second material can be further cast in the first material so that a further coating, in particular a filling, can take place on the coating.
  • the first material is provided with an insulating material before the second material is introduced.
  • the first material in particular a cavity to be filled, has an insulating material layer, which is either applied or also cast in.
  • the insulating material layer may, for example, comprise a ceramic.
  • the ceramic can be introduced, for example, in pourable form and distributed in the skeleton. A carrier Gerfactkeit for the ceramic is then ver ⁇ evaporated, for example, by supplying heat.
  • a filling of a cavity, in particular with GG, be supported by the skeleton is strongly cooled before pouring.
  • a cooling liquid and / or a cooling gas can flow through the skeleton.
  • the skeleton has suitable cavities for this purpose. These are in particular hollow spaces which later form a water jacket in the cylinder head.
  • a material is first poured in, so that this material forms a thin insulating layer. Only after hardening of this thin insulating layer is a residual filling carried out, wherein this residual filling can take place with the second material or else with a third material.
  • the first and the second material are selected such that they form a compound in an edge layer, in particular in the form of a welded joint.
  • the light metal during a filling with the second material, for example, on a side facing away from the cavity to be filled side with a fluid flowing through, which produces a decrease in temperature on this side facing away in the light metal.
  • a melting of an edge layer of the first material can take place in such a way that small cavities or throws arise. These can in turn be used to make a frictional connection with the second material.
  • a gray cast iron material is poured in an aluminum cylinder head to produce a force-transmitting insert in an interior of the cylinder head.
  • the aluminum cylinder head is, for example, itself a cast component, but can also be a machined component.
  • FIG. 1 A schematic view of a first cylinder head with a skeletal member
  • Fig. 2 a second schematic view of a cylinder head with a skeletal structure of a first material, which is partially encapsulated with a second material.
  • the first cylinder head 1 shows a detail of a first cylinder head 1 with an outer contour 2.
  • the first cylinder head 1 has a skeleton 3 made of a first material 4.
  • the first cylinder head 1 has, for example, a first oil deck 6 and a second oil deck 7.
  • the oil decks 6, 7 can be arranged separately from one another in the first cylinder head 1.
  • the oil decks 6, 7 can also have connections through which an oil fluid can flow.
  • the first cylinder head has a first water jacket 8 and a second water jacket 9.
  • the first water jacket 8 may be connected to the second water jacket 9.
  • both water jackets 8, 9 can also be flowed through separately with a cooling fluid.
  • Oil decks 6, 7 as well as water jackets 8, 9 are preferably formed by the skeleton 3.
  • a part of the cavities 5 is partially or completely filled with a second material 10.
  • the second material 10 has preferably been poured into the skeleton 3.
  • additional cores may have been inserted in the skeleton 3, so that the second material 10 may in turn have cavities 5.
  • the second material 10 stabilizes in particular opposing walls 11 of the skeleton 3.
  • the second material 10 leads to a stiffening of the skeleton and thus the first cylinder head 1.
  • the second material 10 may as well as the skeleton 3 pads 12 have, for example, the Connection of other surfaces, in particular fluid connections, or other components or components can be used.
  • the second material 10 may form a guide 13 within the skeleton 3.
  • the second material 10 can also serve for fastening, for example a screw connection, and have a corresponding surface 14, in particular a threaded surface, for example for threaded inserts, in particular for cylinder head bolts, for an injector and / or other.
  • an igniter can be inserted, a Einspritzvor ⁇ direction or the like.
  • the second material 10 is arranged in the skeleton 3 such that the second material 10 assumes an at least cross-shaped and thus stabilizing geometry.
  • the second material 10 extends to a combustion chamber 15, not shown.
  • the second material 10 can directly absorb a pressure from the combustion chamber 15 and lead him to the structure of the skeleton 3. Due to the stiffening of the skeleton 3 achieved by the second material 10, this results in an improved pressure absorption in the cylinder head 1.
  • the second cylinder head 16 shows a further embodiment of a second cylinder head 16.
  • the second cylinder head 16 in turn has a skeleton 3 with a wide variety of cavities 5.
  • the cavities are formed by the first material 4.
  • the second material 10 has, in addition to the cavities 5 formed therein closed as well as open channels 17. Through the channels 17, one or more fluids can flow through.
  • the second cylinder head 16 has a first insert 18.
  • the first insert 18 consists for example of GG and is used according to this embodiment as a structural element without a sealing function.
  • the first insert 18 is used, stabilizes the surrounding structure of the skeleton 3 and receives a connection to the material of the second material 10 during a Verg cordvorganges same.
  • the first insert 18 is also able to be positively connected to the skeleton 3.
  • the second cylinder head 16 is constructed in such a way that the second material 10 ends at an injector area 19. In this way, a lower mushroom-like geometry, which would oppose a combustion chamber, can be dispensed with.
  • the first material 4 can extend to the combustion chamber, which in particular enables improved heat transport with a corresponding choice of material of the first material 4.
  • an aluminum-containing material is used.
  • the water jackets 8, 9 run directly above the combustion chamber, only separated by the first material 4.
  • the skeleton 3 may have, for example, corre sponding compensating joints or the like. This allows the first material 4 to have a relative mobility for compensating for expansions or shrinkages resulting from the influence of heat or pressure.
  • a first insert 18 as well as further inserts or channels 17 in the second material can be designed by inserting corresponding cores, which are connected to the cores for an oil deck and / or a water jacket, for example.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein verstärktes Bauteil, insbesondere einen Zylinderkopf (1) für eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Außenkontur (2) und einem im Inneren des Zylinderkopfes (1) angeordnetem Skelett (3) aus einem ersten Werkstoff (4) aus Leichtmetall. Vorzugsweise wird ein aluminiumhaltiger Werkstoff eingesetzt. Im Skelett (3) sind Hohl­räume (5) angeordnet, wobei diese Hohlräume (5) zumindest teilweise mit einem zweiten Werkstoff (10) zur Versteifung von Wänden (11) des Skeletts zumindest teilweise gefüllt werden.

Description

Verstärktes Bauteil
Die vorliegende Erfindung betrifft ein verstärktes Bauteil, insbesondere eines Antriebs¬ stranges eines Kraftfahrzeugs, vorzugsweise einen Zylinderkopf einer Verbrennungs- kraftmaschine, der eine Verstärkung aufweist, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Bauteils.
Bauteile insbesondere von Antriebssträngen eines Kraftfahrzeuges unterliegen oftmals hohen Belastungen. Aufgrund der Anforderung beispielsweise im Motorenbau, einerseits Gewichtseinsparungen zu verwirklichen, andererseits eine ausreichende Festigkeit insbe¬ sondere des Motors für hohe Drücke zu erzielen, ist es bekannt, Motoren aus Leichtmetall herzustellen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einem Bauteil eine Gewichtseinsparung zu ermöglichen, wobei trotzdem eine hohe Steifigkeit des Bauteils gewährleistet bleibt.
Diese Aufgabe wird mit einem Bauteil mit den Merkmalen des Anspruches 1 sowie mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 15 gelöst. Weitere vorteilhafte Aus¬ gestaltungen und Weiterbildungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
Ein erfindungsgemäßes Bauteil eines Antriebsstranges eines Kraftfahrzeuges weist eine Außenkontur und ein Skelett aus einem ersten Werkstoff auf, wobei ein zweiter eingegos¬ sener Werkstoff zumindest teilweise in einem Hohlraum angeordnet ist, den das Skelett aufweist.
Zum Antriebsstrang gehören insbesondere Bauteile wie Motor, Kupplung, Getriebe, Ge¬ lenkwellen, Ausgleichsgetriebe, Achswellen und Räder, ohne das diese Aufzählung ab¬ schließend ist. Ein Bauteil kann zum Beispiel ein Gehäuse sein bzw. Bestandteil eines Gehäuses sein. Auch kann es eine Außengestalt und/oder eine in einem Inneren einer Baugruppe angeordnete Innengestalt bilden. Beispielsweise kann es Bestandteil einer Pumpe eines Fahrzeuges sein.
Vorzugsweise ist der erste Werkstoff aus einem metallischen Werkstoff, welches eine geringere Dichte aufweist als der zweite Werkstoff. Der zweite Werkstoff ist vorzugsweise ebenfalls metallisch. Auch kann der erste Werkstoff ein Leichtmetall sein, insbesondere ein aluminiumhaltiger Werkstoff. Im übrigen kann der zweite Werkstoff auch ein Metall¬ schaum oder eine Sintermetall sein. In diesem speziellen Falle ist insbesondere unter dem Begriff eines zweiten eingegossenen Werkstoffes die Fähigkeit des zweiten Werk¬ stoffes zu verstehen, dass dieser einen Hohlraum füllen kann. Beispielsweise im Falle des Metallschaums kann der zweite Werkstoff auch zuerst beispielsweise in einer Pulverstruk¬ tur eingebracht und anschließend in seine Metallschaumstruktur verwandelt werden. Die- ses soll ebenfalls unter die Definition des eingegossenen zweiten Werkstoffes fallen.
Der zweite Werkstoff verstärkt insbesondere die durch den ersten Werkstoff geschaffene Struktur des Bauteils, insbesondere das Skelett und/oder die Außenkontur.
Bevorzugt ist beispielsweise ein Bauteil, bei dem der erste Werkstoff ein aluminiumhalti- ger Werkstoff ist, während der zweite Werksstoff ein Gussmaterial ist, z.B. GG- oder GGG-Guß.
Gemäß einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Skelett zumindest abschnittsweise den zweiten Werkstoff als Füllung aufweist. Auch kann vorgesehen sein, dass das Skelett den zweiten Werkstoff zumindest abschnittsweise ummantelt. Dieses lässt sich beispiels¬ weise dadurch erzielen, dass ein Hohlraum des Skeletts mit dem zweiten Werkstoff gefüllt wird. Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass der zweite Werkstoff zumindest ab¬ schnittsweise als Einlage im Skelett angeordnet ist. Dazu kann Material aus dem zweiten Werkstoff beispielsweise vorgeformt und als Inlay eingelegt werden, bevor der zweite Werkstoff oder ein dritter Werkstoff zusätzlich eingegossen wird. Dieses ermöglicht bei¬ spielsweise das Einlegen von vorgefertigtem Material mittels eines Kerns, welches zu¬ mindest teilweise durch den zweiten Werkstoff umschlossen und mit dem Skelett und ins¬ besondere dem ersten Werkstoff verbunden wird. Das Inlay kann dabei zumindest teilwei- se erweichen. Auch besteht die Möglichkeit, ein Inlay aus einem Material zu verwenden, welches nach dem Eingießen des zweiten Werkstoffes entfernbar ist oder durch das Ein¬ gießen des zweiten Werkstoffes entfernt wird.
Gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils vorgeschlagen. Hierbei wird eine Skelett des Bauteils aus einem ersten Werkstoff aus Leichtmetall hergestellt, in den ein vom ersten Werkstoff unterschiedlicher zweiter metallischer Werkstoff eingegossen wird. Der zweite Werkstoff wird derart eingegossen, dass er eine Verstärkung zumindest für das Skelett bildet. Das Skelett wird dadurch vor¬ zugsweise gegenüber Zug- und/oder Druckkräften abgestützt.
In folgenden wird eine mögliche Ausgestaltung eines Bauteiles am Beispiel eines Zylin¬ derkopfes beschrieben. Die diesbezüglichen Ausführungen sind jedoch nicht auf die Aus- gestaltung des Bauteiles als Zylinderkopf beschränkt. Vielmehr können die an diesem Beispiel aufgezeigten Merkmale auch bei anderen Ausgestaltungen des Bauteils Anwen¬ dung finden.
Eine Weiterbildung sieht einen Zylinderkopf für eine Verbrennungskraftmaschine vor. Die¬ ser weist eine Außenkontur und ein im Inneren des Zylinderkopfes angeordnetes Skelett aus einem ersten Werkstoff aus Leichtmetall, insbesondere einem aluminiumhaltigen Werkstoff auf, wobei des Skelett Hohlräume für einen Flüssigkeitstransport durch den Zylinderkopf aufweist, und einen zweiten Werkstoff zur Versteifung von Wänden des Ske- letts durch Abstützung von Wänden des Skeletts zumindest untereinander zur Aufnahme eines Zylinderbrennraum-Verbrennungsdruckes ausgestattet ist.
Durch einen derartigen Aufbau des Zylinderkopfes gelingt es, eine Versteifung und Stabi¬ lisierung eines Leichtmetallzylinderkopfes auch bei im Brennraum herrschenden Spitzen- drücken von 180 Bar und mehr zu gewährleisten. Hierbei wird durch das Leichtmetall, insbesondere durch den aluminiumhaltigen Werkstoff eine Gewichtsersparnis bei der Konstruktion des Zylinderkopfes gewährleistet. Andererseits kann eine ausreichende Fes¬ tigkeit und Versteifung der aus dem Leichtmetall hergestellten Geometrien erzielt werden. Vorzugsweise ist der zweite Werkstoff nicht aluminiumhaltig, sondern unterscheidet sich von dem ersten Werkstoff. Insbesondere weist der zweite Werkstoff eine höhere Dichte auf als der erste Werkstoff.
Gemäß einer ersten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Skelett zumindest ab¬ schnittsweise den zweiten Werkstoff als Füllung aufweist. Dazu kann das Skelett, das beispielsweise durch die verschiedenen, im Zylinderkopf angeordneten Wände entstan¬ den ist, durch den zweiten Werkstoff zumindest teilweise verfüllt sein. Insbesondere kann der zweite Werkstoff in dem Skelett so angeordnet werden, dass spezielle Hohlräume durch den zweiten Werkstoff verschlossen werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Skelett zumindest ab¬ schnittsweise den zweiten Werkstoff ummantelt. Dabei kann der zweite Werkstoff eine Beschichtung bilden, die vorzugsweise zumindest eine Dicke aufweist, die derjenigen einer Wandstärke des ersten Werkstoffes entspricht. Die Ummantelung kann dabei einsei¬ tig wie auch zweiseitig erfolgen.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass der zweite Werkstoff zumindest abschnittswei¬ se als Einlage im Skelett angeordnet ist. Dazu kann der zweite Werkstoff als Einlage vor- geformt werden, bevor er im Skelett angeordnet wird. Eine Passgenauigkeit kann dabei dadurch hergestellt werden, dass beispielsweise durch Erwärmung bzw. Abkühlung des Skelettes bzw. der Einlage ein Dimensionsunterschied gefunden wird, der ein Einbringen der Einlage in das Skelett ermöglicht. Gemäß einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass der zweite Werkstoff in Form einer Einlage wie auch als Gießmaterial dem Skelett zugeführt wird. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, dass die Einlage oder das einzu¬ gießende Material zur Versteifung der Wände des Skelettes wiederum aus verschiedenen Werkstoffen bestehen. Dabei kann eine Einlage aus einem dritten Werkstoff bestehen, der durch den einzugießenden zweiten Werkstoff mit dem ersten Werkstoff des Skelettes fixiert und verbunden wird.
Vorteilhafterweise wird mit dem ersten Werkstoff ein Öldeck und/oder ein Wassermantel gebildet. Das Öldeck bzw. der Wassermantel weisen Hohlräume auf, die teilweise mit dem zweiten Werkstoff zumindest beschichtet, insbesondere gefüllt sind. Andere Bereiche des Öldecks bzw. des Wassermantels, insbesondere Hohlräume davon, sind frei vom zweiten Werkstoff. Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass der Zylinderkopf ein Skelett aus Leichtmetall aufweist, wobei der zweite Werkstoff ein Öldeck im Zylinderkopf bildet. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der zweite Werkstoff als Einlage in das Ske¬ lett eingebracht wird. Diese Einlage weist die für ein Öldeck notwendigen Hohlräume und Führungen auf, die ein späteres Durchströmen mit Öl ermöglichen. Insbesondere kann die Einlage auch derart gestaltet sein, dass sie im Wesentlichen nur Führungen bzw. Lei¬ tungen innerhalb eines öldecks bzw. Wassermantels bildet.
Vorzugsweise wird der zweite Werkstoff im Zylinderkopf derart angeordnet, dass ein Was- sermantel und ein Öldeck stabilisiert werden, wobei der Wassermantel wie auch das
Öldeck vollständig durch den ersten Werkstoff gebildet sind. Die Stabilisierung des Was¬ sermantels wie auch des Öldecks sieht beispielsweise vor, dass eine Verbindung zwi¬ schen dem Wassermantel und dem öldeck über den zweiten Werkstoff geschaffen wird. Dabei kann der zweite Werkstoff eine Versteifung zwischen einander gegenüberliegenden Wänden von Wassermantel und Öldeck ermöglichen.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der erste Werkstoff eine durchgehende Wär¬ mebrücke von einem Brennraum zu einer Außenkontur bildet. Dazu erstreckt sich bei¬ spielsweise das Leichtmetall bis zum Brennraum und bildet eine Kontur desselben. Der zweite Werkstoff wiederum stabilisiert insbesondere einen brennraumnahen Bereich des ersten Werkstoffes, wodurch die im Brennraum entstehenden Druckkräfte über das Zu¬ sammenwirken der Geometrien aus erstem Werkstoff und zweitem Werkstoff in den Zy- linderkopf eingeleitet werden können. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist vorgese¬ hen, dass der zweite Werkstoff einen Injektordom bildet. Dieser Injektordom ist mit dem ersten Werkstoff vorzugsweise kraft- und formschlüssig verbunden.
Der zweite Werkstoff wird insbesondere hinsichtlich der Eigenschaften angepasst an den ersten Werkstoff ausgewählt. Als zweiter Werkstoff ist beispielsweise ein Gussmaterial, ein Stahl, ein Sinterwerkstoff und/oder ein Metallschaum einsetzbar. Auch können zwei oder mehr Werkstoffe zusätzlich zum ersten Werkstoff im Zylinderkopf Verwendung fin¬ den. Beispielsweise kann eine Einlage aus einem ersten Material, beispielsweise einem Metallschaum, in das Skelett eingelegt werden. Anschließend wird dieses erste Material durch ein gießfähiges Material im Skelett mit dem ersten Werkstoff fixiert und verbunden. Beispielsweise kann als Gussmaterial Grauguss Verwendung finden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteiles wie zum Beispiel eines Zylinderkopfes, insbesondere eines oben beschriebenen Zylinder¬ kopfes vorgeschlagen, bei dem ein Skelett des Zylinderkopfes aus einem Werkstoff aus Leichtmetall hergestellt wird, in dem ein vom ersten Werkstoff unterschiedlicher zweiter Werkstoff derart eingeführt wird, dass bei Nutzung des Zylinderkopfes der zweite Werk¬ stoff des Skelett gegenüber einem wirkenden Zylinderinnenraumdruck abstützt. Vorzugs- weise wird dazu der zweite Werkstoff in das Skelett eingegossen. Dabei kann der ersten Werkstoff zumindest während des Eingießens des zweiten Werkstoffes gekühlt werden. Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass vor dem Eingießen des zweiten Werk¬ stoffes der erste Werkstoff beschichtet wird. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass aufgrund von Temperaturunterschieden bzw. unterschiedlichen Dehnungskoeffizien- ten Materialrisse bzw. Lunker auftreten können. Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass der zweite Werkstoff zuerst nur teilweise eingegossen wird, um eine Bildung einer Beschichtung auf dem Werkstoff zu erzielen. Ist dieses erfolgt, kann der zweite Werkstoff weiter in den ersten Werkstoff vergossen werden, so dass auf der Beschichtung eine wei¬ tere Beschichtung, insbesondere ein Verfüllen erfolgen kann.
Weiterhin ist vorgesehen, dass der erste Werkstoff mit einem isolierenden Material verse¬ hen wird, bevor der zweite Werkstoff eingebracht wird. Beispielsweise ist vorgesehen, dass der erste Werkstoff, insbesondere ein zu füllender Hohlraum, eine isolierende Mate¬ rialschicht aufweist, die entweder aufgetragen oder ebenfalls eingegossen ist. Die isolie- rende Materialschicht kann beispielsweise eine Keramik aufweisen. Die Keramik kann beispielsweise in gießfähiger Form eingebracht und im Skelett verteilt werden. Eine Trä- gerflüssigkeit für die Keramik wird beispielsweise anschließend über Wärmezufuhr ver¬ dampft.
Weiterhin kann ein Befüllen eines Hohlraumes, insbesondere mit GG, unterstützt werden, indem das Skelett vor dem Vergießen stark abgekühlt wird. Hierzu kann beispielsweise eine Kühlflüssigkeit und/oder ein Kühlgas durch das Skelett hindurchströmen. Beispiels¬ weise weist das Skelett hierfür geeignete Hohlräume auf. Dieses sind insbesondere Hohl¬ räume, die im Zylinderkopf später einen Wassermantel bilden. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass ein Material zuerst eingegossen wird, so dass dieses Material eine dünne Iso- lierschicht bildet. Erst nach einem Aushärten dieser dünnen Isolierschicht wird eine Rest- befüllung vorgenommen, wobei diese Restbefüllung mit dem zweiten Werkstoff oder aber mit einem dritten Werkstoff erfolgend kann.
Vorzugsweise werden der erste und der zweite Werkstoff derart ausgewählt, dass sie eine Verbindung in einer Randschicht eingehen, insbesondere in Form einer Schweißverbin¬ dung. Dazu kann das Leichtmetall während einer Befüllung mit dem zweiten Werkstoff beispielsweise auf einer von dem zu befüllenden Hohlraum abgewandten Seite mit einem Fluid durchströmt werden, was eine Temperatursenkung an dieser abgewandten Seite im Leichtmetall erzeugt. Dadurch gelingt es, zu vermeiden, dass die Skelettstruktur soweit erweicht, dass sie ihre Form verliert. Insbesondere kann beispielsweise ein Aufschmelzen einer Randschicht des ersten Werkstoffes derart erfolgen, dass sich kleine Hohlräume bzw. Aufwerfungen ergeben. Diese können wiederum dazu genutzt werden, das sie mit dem zweiten Werkstoff eine kraftschlüssige Verbindung eingehen.
Vorzugsweise wird in einem Aluminium-Zylinderkopf ein Graugussmaterial vergossen, um einen kraftübertragenen Einsatz in einem Inneren des Zylinderkopfes zu erzeugen. Der Aluminium-Zylinderkopf ist dabei beispielsweise selbst ein gegossenes Bauteil, kann je¬ doch auch ein bearbeitetes Bauteil sein.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in der nachfolgenden
Zeichnung anhand eines Beispieles eines Zylinderkopfes als Bauteil beschrieben. Die dort dargestellten wie auch erläuterten Merkmale sind jedoch nicht auf die jeweilige Ausgestal¬ tung beschränkt. Vielmehr können diese auch mit anderen Ausgestaltungen wie auch mit weiter oben beschriebenen Merkmalen zu Weiterbildungen kombiniert werden. Es zeigen: Fig. 1 : Eine schematische Ansicht eines ersten Zylinderkopfes mit einer skelettartigen
Struktur aus einem ersten Werkstoff und einer Befüllung mit einem zweiten Werk¬ stoff sowie
Fig. 2: eine zweite schematische Ansicht eines Zylinderkopfes mit einer skelettartigen Struktur aus einem ersten Werkstoff, die teilweise mit einem zweiten Werkstoff vergossen ist.
Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt von einem ersten Zylinderkopf 1 mit einer Außenkontur 2. Der erste Zylinderkopf 1 weist ein Skelett 3 aus einem ersten Werkstoff 4 auf. Das Skelett 3 bildet verschiedenste Hohlräume 5. Dadurch weist der erste Zylinderkopf 1 beispiels¬ weise ein erstes öldeck 6 und ein zweites öldeck 7 auf. Die Öldecks 6, 7 können getrennt voneinander im ersten Zylinderkopf 1 angeordnet sein. Auch können die öldecks 6, 7 Verbindungen aufweisen, durch die ein ölfluid hindurchströmen kann. Weiterhin weist der erste Zylinderkopf einen ersten Wassermantel 8 und einen zweiten Wassermantel 9 auf. Der erste Wassermantel 8 kann mit dem zweiten Wassermantel 9 verbunden sein. Beide Wassermäntel 8, 9 können jedoch auch getrennt voneinander mit einem Kühlfluid durch¬ strömt werden. Öldecks 6, 7 wie auch Wassermäntel 8, 9 werden vorzugsweise durch das Skelett 3 gebildet. Im Skelett 3 ist ein Teil der Hohlräume 5 teilweise oder vollständig mit einem zweiten Werkstoff 10 gefüllt. Der zweite Werkstoff 10 ist vorzugsweise in das Ske- lett 3 eingegossen worden. Dazu können im Skelett 3 zusätzlich Kerne eingelegt gewesen sein, so dass auch der zweite Werkstoff 10 wiederum Hohlräume 5 aufweisen kann. Der zweite Werkstoff 10 stabilisiert insbesondere einander gegenüberliegende Wände 11 des Skelettes 3. Des weiteren führt der zweite Werkstoff 10 zu einer Versteifung des Skelettes und damit des ersten Zylinderkopfes 1. Der zweite Werkstoff 10 kann ebenso wie das Skelett 3 Anschlussflächen 12 aufweisen, die beispielsweise zum Anschluss von anderen Flächen, insbesondere Fluidanschlüssen, oder anderen Bauteilen oder Bauelementen nutzbar sind. Des weiteren kann der zweite Werkstoff 10 eine Führung 13 innerhalb des Skelettes 3 bilden. Auch kann der zweite Werkstoff 10 zur Befestigung, beispielsweise einer Verschraubung dienen und eine entsprechende Oberfläche 14, insbesondere eine Gewindeoberfläche, aufweisen, zum Beispiel für Gewindeeinsätze insbesondere für Zy¬ linderkopfschrauben, für einen Injektor und/oder anderes. Auch kann in den zweiten Werkstoff 10 beispielsweise eine Zündvorrichtung eingelassen werden, eine Einspritzvor¬ richtung oder Ähnliches. Insbesondere wird der zweite Werkstoff 10 so im Skelett 3 ange¬ ordnet, dass der zweite Werkstoff 10 eine zumindest kreuzförmige und damit stabilisie- rende Geometrie einnimmt. Weiterhin besteht die Möglichkeit, dass der zweite Werkstoff 10 bis zu einem nicht näher dargestellten Brennraum 15 reicht. Dadurch kann beispiels¬ weise der zweite Werkstoff 10 direkt einen Druck aus dem Brennraum 15 aufnehmen und ihn an die Struktur des Skeletts 3 überleiten. Aufgrund der durch den zweiten Werkstoff 10 erzielten Versteifung des Skeletts 3 gelingt dadurch eine verbesserte Druckaufnahme im Zylinderkopf 1.
Fig. 2 zeigt eine weitere Ausgestaltung eines zweiten Zylinderkopfes 16. Im Folgenden werden die zum ersten Zylinderkopf 1 gleichartigen Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. Der zweite Zylinderkopf 16 weist wiederum ein Skelett 3 mit verschiedensten Hohlräumen 5 auf. Die Hohlräume werden durch den ersten Werkstoff 4 gebildet. Der zweite Werkstoff 10 weist neben den darin gebildeten Hohlräumen 5 geschlossene wie auch offene Kanäle 17 auf. Durch die Kanäle 17 können ein oder mehrere Fluide durch¬ strömen. Weiterhin weist der zweite Zylinderkopf 16 eine erste Einlage18 auf. Die erste Einlage 18 besteht beispielsweise aus GG und wird gemäß dieser Ausgestaltung als Strukturelement ohne eine dichtende Funktion eingesetzt. Das bedeutet, dass die erste Einlage 18 eingesetzt wird, die umgebene Struktur des Skeletts 3 stabilisiert und eine Anbindung an das Material des zweiten Werkstoffes 10 während eines Vergießvorganges desselben erhält. Vorzugsweise ist die erste Einlage 18 auch in der Lage, formschlüssig mit dem Skelett 3 verbunden werden zu können. Gemäß einer Weiterbildung ist der zwei¬ te Zylinderkopf 16 derart konstruiert, dass der zweite Werkstoff 10 an einem Injektorbe¬ reich 19 endet. Auf diese Weise kann eine untere pilzartige Geometrie, die einem Brenn- räum gegenüberstehen würde, entfallen. Dadurch kann der erste Werkstoff 4 bis zum Brennraum reichen, was insbesondere einen verbesserten Wärmetransport bei entspre¬ chender Materialauswahl des ersten Werkstoffes 4 ermöglicht. Bevorzugt wird dabei ein aluminiumhaltiger Werkstoff verwendet. Gemäß dieser Ausgestaltung ist vorgesehen, - dass direkt über dem Brennraum, nur getrennt durch den ersten Werkstoff 4, die Was- sermäntel 8, 9 verlaufen. Um zu vermeiden, dass bei einem Einsetzen einer Einlage und/oder bei einem Vergießen des zweiten Werkstoffes 10 zu große Spannungen auftre¬ ten, insbesondere Brüche oder Ähnliches, kann das Skelett 3 beispielsweise entspre¬ chende Ausgleichsfugen oder Ähnliches aufweisen. Dieses ermöglicht dem ersten Werk¬ stoff 4 eine relative Beweglichkeit zum Ausgleich von durch Wärmeeinfluss oder Druck- einfluss entstandene Dehnungen oder Schrumpfungen. Weiterhin kann bei Vergießen des zweiten Werkstoffes 10 vorgesehen werden, dass freie Bereiche mittels Kerne oder Ähnli¬ chem vorgesehen werden, die später bei einem Betrieb des Zylinderkopfes in einem Mo¬ tor eine Ausgleichsbewegung zwischen dem ersten Werkstoff 4 und dem zweiten Werk¬ stoff 10 zulassen. Im Übrigen kann eine ersten Einlage 18 wie auch weitere Einlagen bzw. Kanäle 17 im zweiten Material dadurch gestaltet werden, dass entsprechende Kerne ein¬ gelegt werden, die beispielsweise mit den Kernen für ein Öldeck und/oder einen Wasser¬ mantel verbunden sind.

Claims

Patentansprüche
1. Bauteil eines Antriebsstranges eines Kraftfahrzeuges mit einer Außenkontur und mit einem Skelett aus einem ersten Werkstoff, wobei ein zweiter eingegossener Werkstoff zumindest teilweise in einem Hohlraum angeordnet ist, den das Skelett aufweist.
2. Bauteil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass dieses Bestandteil eines Gehäuses ist.
3. Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil zu ei¬ nem Getriebe oder einer Pumpe gehört.
4. Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil zu ei- nem Motor gehört.
5. Bauteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil ein Zylinder¬ kopf ist.
6. Bauteil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderkopf (1 ) einer
Verbrennungskraftmaschine die Außenkontur (2) und das im Inneren des Zylin¬ derkopfes (1) angeordnete Skelett (3) aus dem ersten Werkstoff (4) aus Leichtme¬ tall, insbesondere einem aluminiumhaltigen Werkstoff, aufweist, wobei das Skelett (3) Hohlräume (5) für einen Flüssigkeitstransport durch den Zylinderkopf (1 ) hat, und der zweite Werkstoff (10) eine Versteifung von Wänden (11) des Skeletts (3) durch Abstützung der Wände des Skeletts zumindest untereinander zur Aufnahme eines Zylinderbrennraum-Verbrennungsdruckes bildet.
7. Bauteil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Werkstoff (4) ein Öldeck (6) und/oder einen Wassermantel (8) bildet.
8. Bauteil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Werkstoff (10) ein Öldeck bildet.
9. Bauteil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Werkstoff (10) einen Injektordom bildet.
10. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Skelett (3) zumindest abschnittsweise den zweiten Werkstoff (10) als Füllung aufweist.
11. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Skelett (3) zumindest abschnittsweise den zweiten Werkstoff (10) um¬ mantelt.
12. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Werkstoff (10) zumindest abschnittsweise als Einlage im Skelett
(3) angeordnet ist.
13. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Werkstoff (4) eine durchgehende Wärmebrücke von einem innerem Bereich, insbesondere eines Brennraumes (15) eines Zylinderkopfes (1 ), zu der
Außenkontor (2) bildet.
14. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Werkstoff (10) metallisch ist und vorzugsweise aus einer Gruppe stammt, die Gußmaterial, Stahl, Sinterwerkstoff und/oder Metallschaum umfaßt.
15. Verfahren zur Herstellung eines Bauteils, insbesondere eines zu einem Antriebs¬ strang zugehörigen Bauteiles, vorzugsweise eines Zylinderkopfes (1 ), mit den Merkmalen des Anspruches 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Skelett (3) des Bauteiles (1 ) aus einem ersten Werkstoff (4) aus Leichtmetall hergestellt wird, in den ein vom ersten Werkstoff (4) unterschiedlicher zweiter metallischer Werkstoff (10) eingegossen wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Werkstoff (10) derart eingeführt wird, dass bei Nutzung des Bauteils der zweite Werkstoff
(10) das Skelett (3) gegenüber einer wirkenden Zug- und/oder Druckkraft abstützt.
17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Werkstoff (4) zumindest während des Eingießens des zweiten Werkstoffes (10) gekühlt wird.
18. Verfahren nach Anspruch 15, 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Eingießen des zweiten Werkstoffes (10) der erste Werkstoff (4) beschichtet wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Werkstoff (10) zuerst nur teilweise eingegossen wird zur Bildung einer Beschichtung auf dem ersten Werkstoff (4).
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