WO2015049148A1 - Verfahren zum herstellen eines gegossenen bauteils mit einem einlegeteil - Google Patents

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aluminum alloy
silicon oxide
piston
adapter layer
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Ulrich Bischofberger
Stefan Gaiselmann
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Mahle International Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a method for producing a cast component and a cylinder liner and a cylinder block containing such a cylinder liner for an internal combustion engine. Furthermore, the invention relates to a piston ring carrier and such a piston ring carrier containing piston for an internal combustion engine.
  • Cylinder blocks of modern internal combustion engines are usually produced in a casting process. Since the material used for the cylinder block - usually aluminum or iron, but also suitable magnesium-aluminum composite materials - which is not required for a friction and thus possible wear-free movement of a piston in the cylinder required tribological requirements can not be met in the cylinders so-called cylinder liners used. These have the required tribological properties and thus ensure a largely wear-free long-term operation of the piston in the cylinder block; often such cylinder liners are provided with a roughened, grooved or machined in a similar manner lateral surface. Alternatively, the prior art also teaches the application of an aluminum spray layer on the lateral surface of the cylinder liner. In both cases, the casting of the cylinder liner with an aluminum alloy, which is likewise known from the prior art, can produce a particularly positive connection of the cylinder liner with the cylinder block.
  • piston rings usually made of steel used, which can be inserted into a provided on a lateral surface of the piston circumferential groove to produce said sealing effect.
  • piston ring carriers are used in conventional pistons, which are encapsulated in a casting process with the actual piston.
  • US 4,273,835 describes the manufacture of a cylinder block with a cylinder liner inserted into the cylinder of the cylinder block. Between cylinder liner and cylinder block a silicone resin layer is provided for sealing a water jacket.
  • JP 2010-156003 A describes the coating of a cast iron workpiece with an adapter layer containing carbon, manganese, silicon, sulfur and phosphorus.
  • the adapter layer increases the adhesion of an aluminum alloy applied to the workpiece.
  • the present invention therefore deals with the problem of providing an improved embodiment of a method for producing a cast component and for an insert, which no longer has the disadvantages mentioned above.
  • the basic idea of the invention is accordingly to coat the outer surface of an insert in the course of the production process, namely by means of a layer of silicon oxide referred to below as an adapter layer.
  • Said adapter layer leads to an improved wetting behavior of the aluminum alloy on the adapter layer during casting over with an aluminum alloy-in particular using the aluminum die-casting presented at the beginning after its introduction into a suitable casting mold.
  • Corresponding experimental studies have shown that this only applies in the case the aluminum alloy is provided with a magnesium content of at least 0.3% by weight, preferably of at least 0.5% by weight.
  • a particularly positive connection results in the use of the adapter layer according to the invention not only in the so-called.
  • Aluminum die-casting process but also in the low-pressure or gravity casting.
  • the quality of the positive engagement of the insert with the cast component achievable with the use of the aluminum die-casting method can also be achieved by means of low-pressure or gravity casting techniques.
  • step b) of the method according to the invention can comprise the following two sub-steps b1) and b2):
  • Silicone resin is commercially available in large quantities in liquid form and therefore inexpensive. In addition, it can be easily on the lateral surface Apply the cylinder liner before inserting it into the cylinder block for potting.
  • the conversion of the organic silicone resin in silicon oxide is also very simple: For this purpose, it is sufficient to heat the coated silicone resin insert component - for example, to a temperature of 400 ° C or more - and cure in this way, the silicone resin to silica.
  • the hardened silicon oxide can react with the magnesium contained in the aluminum alloy in the region of the interface to the aluminum alloy according to the reaction equation SiO 2 + 2 Mg -> 2 MgO + Si, whereby the wetting of the surface can be decisively improved.
  • water glass includes all water-soluble sodium, potassium and silicon silicates solidified from a melt. These have glassy, so amorphous material properties.
  • the adapter layer loses its water content, so that a substantially anhydrous, polymerized inorganic silicate is formed.
  • the hardened silica in the region of the aluminum alloy interface according to the reaction equation SiO 2 + 2 Mg -> 2 MgO + Si can react with the magnesium contained in the aluminum alloy, resulting in improved surface wetting.
  • the water glass comprises Na 2 O 3 Si, ie sodium silicate.
  • the invention also relates to a cylinder liner with a jacket surface having a lateral surface, wherein the lateral surface of the female body is coated with an adapter layer of silicon oxide.
  • an adapter layer also expressly includes the above-described MgO or Si obtained by reaction with SiO 2 with Mg in the transition region of the adapter layer to the aluminum alloy.
  • the invention further relates to a cylinder block with such a cylinder liner, as well as with an aluminum alloy surrounding the adapter layer, which completes the cylinder liner to the cylinder block.
  • the invention further provides a piston ring carrier having a shell surface having a ring body, wherein the lateral surface of the ring body is coated with an adapter layer of silicon oxide.
  • the invention finally relates to a piston with such a piston ring carrier, as well as with an aluminum alloy surrounding the adapter layer, which completes the piston ring carrier to the piston.
  • FIG. 1 shows a silica coated cylinder liner prior to insertion into a mold for producing a cylinder block
  • FIG. 2 shows a cylinder liner, cast in an aluminum alloy casting mold, which forms a cylinder block together with the aluminum alloy
  • FIG. 3 is an encapsulated with an aluminum alloy ring carrier, which forms a piston together with the aluminum alloy.
  • FIGS. 1 and 2 each illustrate, in a roughly schematic longitudinal section, the method according to the invention for producing a cast component 6 in the form of a cylinder block.
  • 1 shows an insert 1 in the form of a cylinder liner, which has a jacket surface 3 having insert body, which is referred to in the example scenario of Figures 1 and 2 as a socket body 2.
  • the socket body 2 may be sleeve-like as shown in FIG. Before the socket body 2 is introduced into a casting mold (not shown in FIG. 1), its lateral surface 3 is coated with a layer of silicon oxide, hereinafter referred to as "adapter layer" 4.
  • a silicone resin is applied to the areas of the lateral surface 3 to be cast.
  • the silicone resin is cured by heating the female body 2 to silicon oxide.
  • the socket body 2 can be heated to a temperature of 400 ° C. or more, for example by means of a suitable oven.
  • a small layer thickness promotes a rapid curing process, which has an advantageous effect on the industrial production of the cylinder liner in large quantities.
  • the silicone resin applied to the lateral surface 3 has a layer thickness of from 5 to 10 ⁇ before curing to form silica.
  • the silicone resin can be diluted prior to application to the lateral surface 3 by means of a solvent.
  • the application of the adapter layer 4 takes place by immersing the cylinder liner in a solution of water glass.
  • water glass are all from a melt solidified, water-soluble sodium, potassium and silicon silicates taken, in particular Na 2 O 3 Si. These silicates have glassy, so amorphous material properties.
  • the cylinder liner is dewatered by heating the cylinder liner, preferably to a temperature of 400 ° C or more, analogously to the first variant described above, so cured, so that predominantly remains silica.
  • the cylinder liner coated with silicon oxide according to the two variants described above can now be inserted into a casting mold 5 shown schematically in FIG.
  • the cylinder liner is positively sealed with an aluminum alloy 7, which completes the cylinder liner to a cylinder block, said aluminum alloy 7 has a magnesium content of at least 0.3% by weight, preferably at least 0.5% by weight.
  • the applied on the outer surface 3 of the socket body adapter layer 4 made of silica causes the introduced by means of aluminum die-casting in the mold 5 aluminum alloy 7 when encapsulating the cylinder liner shows improved wetting behavior, when the aluminum alloy 7 has a magnesium content of at least 0.3 weight -%, preferably of at least 0.5% by weight.
  • a particularly good fit between the cylinder liner and aluminum alloy 7 is achieved, which in turn ensures a pronounced heat transfer between these two components.
  • the hardened silicon oxide of the adapter layer can react with the magnesium contained in the aluminum alloy in the region of the interface to the aluminum alloy according to the reaction equation SiO 2 + 2 Mg -> 2 MgO + Si, whereby the wetting of the surface can be decisively improved.
  • a cast component 6 'produced by means of the method according to the invention in the form of a piston for an internal combustion engine is shown in a roughly schematic longitudinal section.
  • FIG. 3 shows an insert part designated by V in the form of a piston ring carrier, which has an insert body having a jacket surface 3, which in the example scenario of FIG. 3 is referred to as ring carrier body 2 '.
  • ring carrier body 2 ' Before ring carrier body 2 'is inserted into an aluminum alloy 7' in a casting mold (not shown in FIG. 3), its lateral surface 3 'is coated with a layer of silicon oxide, hereinafter analogous to FIGS. 1 and 2 "adapter layer" 4 called, coated.
  • a silicone resin is first oxidized to the regions of the lateral surface 3 'to be cast over and then to silica by subsequent heating of the ring carrier body 2'.
  • the application of the adapter layer 4 ' takes place by immersing the piston ring carrier in a solution of water glass. After immersing the piston ring carrier in such a water glass solution, this is in turn cured by heating the piston ring carrier to silica.
  • the piston ring carrier coated with silicon oxide in accordance with the two variants described is then inserted into a suitable casting mold and surrounded in this with an aluminum alloy 7 ', which then completes the piston ring carrier V to the piston, said aluminum alloy 7' having a magnesium content of at least 0, 3% by weight, preferably at least 0.5% by weight.
  • the on the lateral surface 3 of the ring Support body 2 'applied adapter layer 4' of silicon oxide causes in an analogous manner, for example, Figures 1 and 2, that the introduced by means of aluminum mold casting in the mold aluminum alloy 7 'during encapsulation of the piston ring carrier shows an improved wetting behavior when the aluminum alloy 7' is a magnesium Content of at least 0.3% by weight, preferably at least 0.5% by weight.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines gegossenen Bauteils (6) mit einem Einlegeteil (1), umfassend die folgenden Schritte: a) Bereitstellen eines Einlegeteils (1) mit einem eine Mantelfläche (3) aufweisenden Einlegekörper (2), b) Beschichten der Mantelfläche (3) mit einer Adapterschicht (4) aus Siliziumoxid, c) Anordnen des Einlegeteils (1) in einer Gussform, d) Formschlüssiges Umgießen des Einlegeteils und der Adapterschicht mit einer Aluminiumlegierung (7) zur Herstellung des Gussteils, wobei die Aluminiumlegierung (7) einen Magnesium-Anteil von wenigstens 0,3 Gewichts-%, vorzugsweise von wenigstens 0,5 Gewichts-%, aufweist.

Description

Verfahren zum Herstellen eines gegossenen Bauteils mit einem Einlegeteil
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines gegossenen Bauteils sowie eine Zylinderlaufbuchse und einen eine solche Zylinderlaufbuchse enthaltenden Zylinderblock für eine Brennkraftmaschine. Ferner betrifft die Erfindung einen Kolbenringträger sowie einen einen solchen Kolbenringträger enthaltenden Kolben für eine Brennkraftmaschine.
Zylinderblöcke moderner Brennkraftmaschinen werden in der Regel in einem Gussverfahren hergestellt. Da das für den Zylinderblock verwendete Material - in der Regel Aluminium oder Eisen, in Betracht kommen aber auch Magnesium- Aluminium-Verbundwerkstoffe - die für eine reibungs- und somit möglichst verschleißfreie Bewegung eines Kolbens im Zylinder erforderlichen tribologischen Anforderungen nicht zu erfüllen vermag, werden in den Zylindern sog. Zylinderlaufbuchsen eingesetzt. Diese besitzen die geforderten tribologischen Eigenschaften und stellen folglich einen weitgehend verschleißfreien Langzeitbetrieb des Kolbens im Zylinderblock sicher; häufig sind solche Zylinderlaufbuchsen mit einer aufgerauten, rillierten oder in ähnlicher Weise bearbeiteten Mantelfläche versehen. Alternativ dazu lehrt der Stand der Technik auch das Aufbringen einer Aluminium-Spritzschicht auf die Mantelfläche der Zylinderlaufbuchse. In beiden Fällen lässt sich beim - ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannten - Umgießen der Zylinderlaufbuchse mit einer Aluminiumlegierung eine besonders formschlüssige Verbindung der Zylinderlaufbuchse mit dem Zylinderblock herstellen.
In analoger Weise erfolgt auch die Herstellung von Kolben für solche Brennkraftmaschinen in der Regel mittels eines Gussverfahrens. Zur Abdichtung des Kolbens gegen den Zylinderblock werden sogenannte Kolbenringe - in der Regel aus Stahl -verwendet, welche in eine auf einer Mantelfläche des Kolbens vorgesehene Umfangsnut eingelegt werden können, um besagten Abdichtungseffekt zu erzeugen. Um nun die tribologische Belastung des Kolbens, dessen Kolbenmaterial in der Regel aus einer leichtgewichtigen Aluminiumlegierung besteht, gegenüber dem aus einem Stahl gebildeten Kolbenring zu verringern, werden in herkömmlichen Kolben sog. Kolbenringträger verwendet, welche in einem Gussvorgang mit dem eigentlichen Kolben umgössen werden. Dies hat zur Folge, dass keine direkte, in besonderem Maße verschleißkritische Grenzfläche Kolben- Kolbenring mehr vorhanden ist; vielmehr fungiert besagter Kolbenringträger nun als mechanische "Schnittstelle" zwischen dem Kolbenring und dem eigentlichen Kolben, wobei die Umfangsnut zur Aufnahme des Kolbenrings nun am Kolbenringträger vorgesehen wird.
Die US 4,273, 835 beschreibt die Herstellung eines Zylinderblocks mit einer in den Zylinder des Zylinderblocks eingesetzten Zylinderlaufbuchse. Zwischen Zylinderlaufbuchse und Zylinderblock ist eine Silikonharzschicht zur Abdichtung eines Wassermantels vorgesehen.
Die JP 2010-156003 A beschreibt die Beschichtung eines Werkstücks aus Gusseisen mit einer Adapterschicht, welche Kohlenstoff, Mangan, Silizium, Schwefel und Phosphor enthält. Die Adapterschicht erhöht die Haftfestigkeit einer auf das Werkstück aufgebrachten Aluminiumlegierung.
Eine besonders formschlüssige Verbindung zwischen Zylinderlaufbuchse und Zylinderblock bzw. zwischen Kolbenringträger und Kolben - im Folgenden werden die beiden Bauteile jeweils verallgemeinert als "Einlegeteil" und "gegossenes Bauteil" bezeichnet - ergibt sich indes bei Verwendung eines sog. Aluminium- Druckgussverfahrens zum Umgießen des Einlegeteils mit einer Aluminiumlegierung, auf welches jedoch bei der Herstellung moderner Brennkraftmaschinen in zunehmendem Maße - oftmals aus Kostengründen - zugunsten von Niederdruckoder Schwerkraftgusstechniken verzichtet wird. Mittels Niederdruck- oder
Schwerkraftgusstechniken lässt sich die bei Verwendung des Aluminium- Druckgussverfahrens erzielbare Qualität des Formschlusses des Einlegeteils mit dem gegossenen Bauteil jedoch bei weitem nicht erreichen.
Ein nicht in optimaler Weise ausgeprägter Formschluss zwischen Einlegeteil und Zylinderblock führt jedoch in der Regel zu einer nur verminderten thermischen Ankopplung des Einlegeteil an das gegossene Bauteil, was wiederum unerwünschte, thermisch bedingte mechanische Verspannungen im Einlegeteil bzw. im gegossenen Bauteil zur Folge haben kann.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, eine verbesserte Ausführungsform für ein Verfahren zur Herstellung eines gegossenen Bauteils sowie für ein Einlegeteil anzugeben, welche oben genannten Nachteile nicht mehr aufweist.
Dieses Problem wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Grundgedanke der Erfindung ist demnach, im Zuge des Herstellungsverfahrens die Mantelfläche eines Einlegeteils zu beschichten, und zwar mittels einer im Folgenden als Adapterschicht bezeichneten Schicht aus Siliziumoxid. Besagte Adapterschicht führt beim Umgießen mit einer Aluminiumlegierung - insbesondere unter Verwendung des eingangs vorgestellten Aluminium-Druckgießens nach deren Einbringen in eine geeignete Gussform - zu einem verbesserten Benetzungsver- halten der Aluminiumlegierung auf der Adapterschicht. Entsprechende experimentelle Untersuchungen haben gezeigt, dass dies allerdings nur für den Fall gilt, dass die Aluminiumlegierung mit einem Magnesium-Anteil von wenigstens 0,3 Gewichts-%, vorzugsweise von wenigstens 0,5 Gewichts-%, versehen ist. Als Folge der verbesserten Benetzungseigenschaften der Aluminiumlegierung auf dem Siliziumoxid der Adapterschicht kann eine besonders formschlüssige Verbindung zwischen Zylinderlaufbuchse und Aluminium-Legierung, welche das Einlegeteils zum gegossenen Bauteil komplettiert, erzielt werden.
Eine besonders formschlüssige Verbindung ergibt sich bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Adapterschicht nicht nur beim sog. Aluminium- Druckgussverfahren, sondern auch beim Niederdruck- oder Schwerkraftgussverfahren. Durch die Adapterschicht lässt sich auch mittels Niederdruck- oder Schwerkraftgusstechniken die bei Verwendung des Aluminium- Druckgussverfahrens erzielbare Qualität des Formschlusses des Einlegeteils mit dem gegossenen Bauteil erreichen.
Besondere Vorzüge bietet das hier vorgestellte Verfahren insbesondere dann, wenn das Einlegeteil eine Zylinderlaufbuchse und das gegossene Bauteil ein Zylinderblock für eine Brennkraftmaschine ist, oder wenn das Einlegeteil ein Kolbenringträger und das gegossene Bauteil ein Kolben für eine Brennkraftmaschine ist.
Vorzugsweise kann der Schritt b) des erfindungsgemäßen Verfahrens, gemäß welchem die Mantelfläche mit einer Adapterschicht aus Siliziumoxid beschichtet wird, die folgenden beiden Unterschritte b1 ) und b2) umfassen:
b1 ) Aufbringen eines Silikonharzes auf die Mantelfläche,
b2) Aushärten des Silkonharzes zu Siliziumoxid durch Erhitzen des Einlegekörpers.
Silikonharz ist in flüssiger Form kommerziell in großen Mengen und somit kostengünstig erhältlich. Zudem lässt es sich auf einfache Weise auf der Mantelfläche der Zyl inderlauf buchse aufbringen, bevor diese zum Vergießen in den Zylinderblock eingesetzt wird. Die Überführung des organischen Silikonharzes in Siliziumoxid gestaltet sich ebenfalls denkbar einfach: Hierzu ist es ausreichend, das mit Silikonharz beschichtete Einlegebauteil zu erhitzen - beispielsweise auf eine Temperatur von 400°C oder mehr - und auf diese Weise das Silikonharz zu Siliziumoxid auszuhärten. Das ausgehärtete Siliziumoxid kann im Bereich der Grenzfläche zur Aluminiumlegierung gemäß der Reaktionsgleichung SiO2 + 2 Mg -> 2 MgO + Si mit dem in der Aluminiumlegierung enthaltenen Magnesium reagieren, wodurch die Benetzung der Oberfläche entscheidend verbessert werden kann.
Als in besonderem Maße zweckmäßig erweist es sich, das Silikonharz vor dem Aufbringen auf die Mantelfläche gemäß Schritt b1 ) des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem Lösungsmittel zu verdünnen; auf diese Weise gelingt eine besonders gleichmäßige Bedeckung der Mantelfläche mit Silikonharz vor dem Oxi- dationsvorgang.
Besonders gute Ergebnisse beim Aushärten des Silikonharzes zu Siliziumoxid und der damit verbundenen Aushärtung des oxidierten Siliziums nach dessen Erhitzen lassen sich erzielen, wenn das Silikonharz vor dem Aushärten zu Siliziumoxid eine Schichtdicke von 5 bis 10 μιτι aufweist. Generell gilt, dass eine geringe Schichtdicke einen schnellen Aushärtungsprozess begünstigt, was sich vorteilhaft auf die industrielle Fertigung der Einlegeteile in großen Stückzahlen auswirken kann.
Eine alternative Realisierung der erfindungsgemäßen Adapterschicht aus Siliziumoxid bietet die Verwendung einer Lösung aus sog. Wasserglas. Unter dem Begriff "Wasserglas" sind dabei alle aus einer Schmelze erstarrte, wasserlösliche Natrium-, Kalium- und Siliziumsilikate gefasst. Diese weisen glasartige, also amorphe Materialeigenschaften auf. Nach dem Eintauchen in die Wasserglas- Lösung wird die Zylinderlaufbuchse wie oben im Zusammenhang mit Silikonharz beschrieben durch Erhitzen des Einlegeteils, vorzugsweise auf eine Temperatur von 400°C oder mehr, ausgehärtet. Dabei verliert die Adapterschicht ihren Wasseranteil, so dass ein im Wesentlichen wasserfreies, polymerisiertes anorganisches Silikat entsteht. Auch gemäß dieser Ausführungsform kann das ausgehärtete Siliziumoxid im Bereich der Grenzfläche zur Aluminiumlegierung gemäß der Reaktionsgleichung SiO2 + 2 Mg -> 2 MgO + Si mit dem in der Aluminiumlegierung enthaltenen Magnesium reagieren, was zu einer verbesserten Benetzung der Oberfläche führt.
Besonders zweckmäßig umfasst das Wasserglas Na2O3Si, also Natriumsilikat.
Die Erfindung betrifft auch eine Zylinderlaufbuchse mit einem eine Mantelfläche aufweisenden Buchsenkörper, wobei die Mantelfläche des Buchsenkörpers mit einer Adapterschicht aus Siliziumoxid beschichtet ist. Eine solche Adapterschicht umfasst ausdrücklich auch das vorangehend beschriebene, durch Reaktion mit SiO2 mit Mg erhaltene MgO bzw. Si im Übergangsbereich der Adapterschicht zur Aluminiumlegierung.
Die Erfindung betrifft weiterhin einen Zylinderblock mit einer solchen Zylinderlaufbuchse, sowie mit einer die Adapterschicht umhüllende Aluminiumlegierung, welche die Zylinderlaufbuchse zum Zylinderblock komplettiert.
Die Erfindung ferner einen Kolbenringträger mit einem eine Mantelfläche aufweisenden Ringkörper, wobei die Mantelfläche des Ringkörpers mit einer Adapterschicht aus Siliziumoxid beschichtet ist. Die Erfindung betrifft schließlich einen Kolben mit einem solchen Kolbenringträger, sowie mit einer die Adapterschicht umhüllende Aluminiumlegierung, welche den Kolbenringträger zum Kolben komplettiert.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch
Fig. 1 eine mit Siliziumoxid beschichtete Zylinderlaufbuchse vor dem Einsetzen in eine Gussform zum Herstellen eines Zylinderblocks,
Fig. 2 eine in einer Gussform mit einer Aluminiumlegierung umgossene Zylinderlaufbuchse, welche zusammen mit der Aluminiumlegierung einen Zylinderblock bildet,
Fig. 3 einen mit einer Aluminiumlegierung umgossenen Ringträger, welcher zusammen mit der Aluminiumlegierung einen Kolben bildet. Die Figuren 1 und 2 illustrieren jeweils in einem grobschematischen Längsschnitt das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines gegossenen Bauteils 6 in Form eines Zylinderblocks. Die Figur 1 zeigt ein Einlegeteil 1 in Form einer Zylinderlaufbuchse, welche einen eine Mantelfläche 3 aufweisenden Einlegekörper besitzt, der im Beispielszenario der Figuren 1 und 2 als Buchsenkörper 2 bezeichnet wird. Der Buchsenkörper 2 kann wie in Figur 1 gezeigt hülsenartig ausgebildet sein. Bevor der Buchsenkörper 2 in eine - in der Figur 1 nicht gezeigte - Gussform eingebracht wird, wird dessen Mantelfläche 3 mit einer Schicht aus Siliziumoxid, im Folgenden "Adapterschicht" 4 genannt, beschichtet.
Die Anbringung einer solchen Adapterschicht 4 erfolgt gemäß einer ersten Variante in zwei Verfahrensschritten: In einem ersten Schritt wird ein Silikonharz auf die zu umgießenden Bereiche der Mantelfläche 3 aufgebracht. In einem zweiten Schritt wird das Silikonharz durch Erhitzen des Buchsenkörpers 2 zu Siliziumoxid ausgehärtet. Zur Überführung des organischen Silikonharzes in Siliziumoxid kann der Buchsenkörper 2 beispielsweise mit Hilfe eines geeigneten Ofens auf eine Temperatur von 400°C oder mehr erhitzt werden. Allgemein gilt dabei, dass eine geringe Schichtdicke einen schnellen Aushärtungsprozess begünstigt, was sich vorteilhaft auf die industrielle Fertigung der Zylinderlaufbuchse in großen Stückzahlen auswirkt. Besonders gute Ergebnisse bei der Oxidation des Silikonharzes werden erreicht, wenn das auf die Mantelfläche 3 aufgetragene Silikonharz vor dem Aushärten zu Siliziumoxid eine Schichtdicke von 5 bis 10 μιτι aufweist. Hierzu kann das Silikonharz vor dem Aufbringen auf die Mantelfläche 3 mittels eines Lösungsmittels verdünnt werden.
Gemäß einer zweiten, zur ersten alternativen Variante erfolgt das Aufbringen der Adapterschicht 4 durch Eintauchen der Zylinderlaufbuchse in eine Lösung aus Wasserglas. Unter dem Begriff "Wasserglas" sind dabei alle aus einer Schmelze erstarrte, wasserlösliche Natrium-, Kalium- und Siliziumsilikate gefasst, insbesondere auch Na2O3Si. Diese Silikate weisen glasartige, also amorphe Materialeigenschaften auf. Nach dem Eintauchen der Zylinderlaufbuchse in eine solche Wasserglas-Lösung wird die Zylinderlaufbuchse analog zur vorangehend beschriebenen ersten Variante durch Erhitzen der Zylinderlaufbuchse, vorzugsweise auf eine Temperatur von 400°C oder mehr, entwässert, also ausgehärtet, so dass überwiegend Siliziumoxid zurückbleibt.
Die gemäß den beiden oben beschriebenen Varianten mit Siliziumoxid beschichtete Zylinderlaufbuchse kann nun in eine in der Figur 2 schematisch gezeigte Gussform 5 eingesetzt werden. Abschließend wird die Zylinderlaufbuchse formschlüssig mit einer Aluminiumlegierung 7 umgössen, welche die Zylinderlaufbuchse zu einem Zylinderblock komplettiert, wobei besagte Aluminiumlegierung 7 einen Magnesium-Anteil von wenigstens 0,3 Gewichts-%, vorzugsweise von wenigstens 0,5 Gewichts-%, aufweist. Die auf der Mantelfläche 3 des Buchsenkörpers aufgebrachte Adapterschicht 4 aus Siliziumoxid bewirkt, dass die mittels Aluminium-Druckgießen in die Gussform 5 eingebrachte Aluminiumlegierung 7 beim Umgießen der Zylinderlaufbuchse ein verbessertes Benetzungsverhalten zeigt, wenn die Aluminiumlegierung 7 einen Magnesium-Anteil von wenigstens 0,3 Gewichts-%, vorzugsweise von wenigstens 0,5 Gewichts-%, aufweist. Als Folge wird ein besonders guter Formschluss zwischen Zylinderlaufbuchse und Aluminiumlegierung 7 erzielt, welcher wiederum einen ausgeprägten Wärmeübergang zwischen diesen beiden Bauteilen sicherstellt. Das ausgehärtete Siliziumoxid der Adapterschicht kann im Bereich der Grenzfläche zur Aluminiumlegierung gemäß der Reaktionsgleichung SiO2 + 2 Mg -> 2 MgO + Si mit dem in der Aluminiumlegierung enthaltenen Magnesium reagieren, wodurch die Benetzung der Oberfläche entscheidend verbessert werden kann. In der Figur 3 ist nun - als weiteres, zweites Anwendungsbeispiel für das erfin- dungsgemäße Verfahren - ein mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestelltes gegossenes Bauteil 6' in Form eines Kolben für eine Brennkraftmaschine in einem grobschematischen Längsschnitt gezeigt.
Die Figur 3 zeigt ein mit V bezeichnetes Einlegeteil in Form eines Kolbenringträgers, welche einen eine Mantelfläche 3 aufweisenden Einlegekörper besitzt, welcher im Beispielszenario der Figur 3 als Ringträgerkörper 2' bezeichnet wird. Bevor der Ringträgerkörper 2' zum Umgießen mit einer Aluminiumlegierung 7' in eine - in Figur 3 nicht gezeigte - Gussform eingebracht wird, wird dessen Mantelfläche 3' mit einer Schicht aus Siliziumoxid, im Folgenden analog zum Beispiel der Figuren 1 und 2 "Adapterschicht" 4 genannt, beschichtet.
Für die Anbringung der Adapterschicht 4' auf der Mantelfläche gelten mutatis mutandis obige Erläuterungen zum Beispielszenario der Figuren 1 und 2, d.h. zur Herstellung eines Kolbens gemäß einer ersten Variante wird zunächst ein Silikonharz auf die zu umgießenden Bereiche der Mantelfläche 3' und durch anschließendes Erhitzen des Ringträgerkörpers 2' zu Siliziumoxid oxidiert. Gemäß einer zweiten erfolgt das Aufbringen der Adapterschicht 4' durch Eintauchen des Kolbenringträgers in eine Lösung aus Wasserglas. Nach dem Eintauchen des Kolbenringträgers in eine solche Wasserglas-Lösung wird diese wiederum durch Erhitzen des Kolbenringträgers zu Siliziumoxid ausgehärtet.
Der gemäß den beiden beschriebenen Varianten mit Siliziumoxid beschichtete Kolbenringträger wird anschließend in eine geeignete Gussform eingesetzt und in dieser formschlüssig mit einer Aluminiumlegierung 7' umgössen, welche den Kolbenringträger V dann zum Kolben komplettiert, wobei besagte Aluminiumlegierung 7' einen Magnesium-Anteil von wenigstens 0,3 Gewichts-%, vorzugsweise von wenigstens 0,5 Gewichts-%, aufweist. Die auf der Mantelfläche 3 des Ring- trägerkörpers 2' aufgebrachte Adapterschicht 4' aus Siliziumoxid bewirkt in analoger Weise zum Beispiel der Figuren 1 und 2 , dass die mittels Aluminium- Kokillengießen in die Gussform eingebrachte Aluminiumlegierung 7' beim Umgießen des Kolbenringträgers ein verbessertes Benetzungsverhalten zeigt, wenn die Aluminiumlegierung 7' einen Magnesium-Anteil von wenigstens 0,3 Gewichts-%, vorzugsweise von wenigstens 0,5 Gewichts-%, aufweist. Als Folge wird ein besonders guter Formschluss Kolbenringträger und Aluminiumlegierung 7' erzielt, welcher wiederum einen ausgeprägten Wärmeübergang zwischen diesen beiden Bauteilen sicherstellt.

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zum Herstellen eines gegossenen Bauteils (6; 6') mit einem Einlegeteil (1 ; 1 '), umfassend die folgenden Schritte:
a) Bereitstellen eines Einlegeteils (1 ; 1 ') mit einem eine Mantelfläche (3; 3') aufweisenden Einlegekörper (2; 2'),
b) Beschichten der Mantelfläche (3; 3') mit einer Adapterschicht (4; 4') aus Siliziumoxid,
c) Anordnen des Einlegeteils (1 ; 1 ') in einer Gussform,
d) Formschlüssiges Umgießen des Einlegeteils (1 ; 1 ') und der Adapterschicht (4;
4') mit einer Aluminiumlegierung (7;7') zur Herstellung des gegossenen Bauteils (6;6'),
wobei die Aluminiumlegierung (7; 7') einen Magnesium-Anteil von wenigstens 0,3 Gewichts-%, vorzugsweise von wenigstens 0,5 Gewichts-%, aufweist.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
- das Einlegeteil (1 ) eine Zylinderlaufbuchse und das gegossene Bauteil (6) ein Zylinderblock für eine Brennkraftmaschine ist, oder dass
- das Einlegeteil (1 ') ein Kolbenringträger und das gegossene Bauteil (6') ein Kolben für eine Brennkraftmaschine ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Verfahrensschritt b) die folgenden Unterschritte b1 ) und b2) umfasst: b1 ) Aufbringen eines Silikonharzes auf die Mantelfläche (3; 3'), b2) Aushärten des Silikonharzes zu Siliziumoxid durch Erhitzen des Einlegekörpers (2; 2').
4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Silikonharz vor dem Aushärten zu Siliziumoxid gemäß Schritt b2) eine Schichtdicke von 5μηη bis 10μηη aufweist.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Silikonharz vor dem Aufbringen auf die Mantelfläche (3; 3') gemäß Schritt b1 ) mit einem Lösungsmittel verdünnt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Schritt b) die folgenden Unterschritte b1 ) und b2) umfasst:
b1 ) Eintauchen des Einlegekörpers (2) in eine Lösung aus Wasserglas, b2) Aushärten des Wasserglases zu Siliziumoxid durch Erhitzen des Einlegekörpers (2).
7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Wasserglas Na2O3Si umfasst.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Einlegekörper (2; 2') in Schritt b2) auf eine Temperatur von 400°C oder höher erhitzt wird.
9. Zylinderlaufbuchse, insbesondere hergestellt gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, mit einem eine Mantelfläche (3) aufweisenden Buchsenkörper (2), wobei die Mantelfläche (3) des Buchsenkörpers (2) mit einer Adapterschicht (4) aus Siliziumoxid beschichtet ist.
10. Zylinderblock, insbesondere hergestellt mittels des Verfahrens nach einem der Ansprüche 2 bis 8,
mit wenigstens einer Zylinderlaufbuchse nach Anspruch 9,
mit einer die Adapterschicht (4) umhüllende Aluminiumlegierung (7), welche die Zylinderlaufbuchse zum Zylinderblock komplettiert.
1 1 . Kolbenringträger, insbesondere hergestellt gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, mit einem eine Mantelfläche (3') aufweisenden Ringkörper (2'), wobei die Mantelfläche (3') des Ringkörpers (2') wenigstens teilweise mit einer Adapterschicht (4') aus Siliziumoxid beschichtet ist.
12. Kolben für eine Brennkraftmaschine, insbesondere hergestellt mittels des Verfahrens nach einem der Ansprüche 2 bis 8,
mit wenigstens einem Kolbenringträger nach Anspruch 1 1 ,
mit einer die Adapterschicht (4') umhüllende Aluminiumlegierung (7'), welche die den Kolbenringträger zum Kolben komplettiert.
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