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WO2015039730A1 - Gussbauteil mit wenigstens einem durch einen giesskern gebildeten porösen metallkörper - Google Patents

Gussbauteil mit wenigstens einem durch einen giesskern gebildeten porösen metallkörper Download PDF

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WO2015039730A1
WO2015039730A1 PCT/EP2014/002383 EP2014002383W WO2015039730A1 WO 2015039730 A1 WO2015039730 A1 WO 2015039730A1 EP 2014002383 W EP2014002383 W EP 2014002383W WO 2015039730 A1 WO2015039730 A1 WO 2015039730A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
casting
cast component
casting core
salt
metal body
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2014/002383
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Tilmann RÖMHELD
Michael Wagenplast
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
Daimler AG
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 Daimler AG filed Critical Daimler AG
Priority to US15/022,516 priority Critical patent/US10300524B2/en
Priority to CN201480051008.9A priority patent/CN105555436A/zh
Publication of WO2015039730A1 publication Critical patent/WO2015039730A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/06—Permanent moulds for shaped castings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
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    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/10—Cores; Manufacture or installation of cores
    • B22C9/105—Salt cores
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/10—Cores; Manufacture or installation of cores
    • B22C9/108—Installation of cores
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D15/00—Casting using a mould or core of which a part significant to the process is of high thermal conductivity, e.g. chill casting; Moulds or accessories specially adapted therefor
    • B22D15/02—Casting using a mould or core of which a part significant to the process is of high thermal conductivity, e.g. chill casting; Moulds or accessories specially adapted therefor of cylinders, pistons, bearing shells or like thin-walled objects
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    • 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
    • B22D19/0072—Casting in, on, or around objects which form part of the product for making objects with integrated channels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • 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
    • B22D19/0081—Casting in, on, or around objects which form part of the product pretreatment of the insert, e.g. for enhancing the bonding between insert and surrounding cast metal
    • 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
    • B22D19/14—Casting in, on, or around objects which form part of the product the objects being filamentary or particulate in form

Definitions

  • Cast component with at least one by a
  • the invention relates to a cast component, in particular for an internal combustion engine of a motor vehicle according to the preamble of patent claim 1 and a casting core for such a cast component. Furthermore, the invention relates to a method for producing such a cast component according to the preamble of patent claim 8 and to a method for producing a cast core for such a cast component.
  • Water jacket of the cylinder crankcase is made by a plurality of lost cores. More specifically, these casting cores are respective salt cores, which are connected in an upstream process to a so-called cylinder liner for guiding respective reciprocating pistons. After pouring the cylinder liner in the production of the cast component, the respective salt cores, which consist of a water-soluble salt, are correspondingly rinsed out in a subsequent process. As a result of the lost casting or salt cores, the open cavities of the water jacket are formed for cooling the cylinder crankcase.
  • the object of the present invention is to provide a cast component and a casting core and a method for producing such a cast component or casting core, by means of which increased strength or rigidity of the cast component can be realized in the respective cavity formed by the casting core.
  • a porous metal body cast into the cavity is formed by the core core.
  • a casting core which consists of a metal or a
  • Metal alloy is processed together with a salt, in particular a crystal salt, potted or the like.
  • a salt in particular a crystal salt, potted or the like.
  • aluminum or an aluminum alloy for example based on AISi7, is suitable as metal or metal alloy.
  • other metals or metal alloys can also be used.
  • the porous metal body is produced by - especially after the casting of the cast component - the salt is dissolved out of the lost casting core.
  • a water-soluble salt is preferably used, so that the salt can be washed out by rinsing with water.
  • the respective pores of the sponge-like, porous metal body are then formed by the salt crystals or salt grains dissolved out.
  • the cast component has at least one flushing opening of the cavity which is open towards the outside, via which the salt can be flushed out of the casting core in order to form the porous metal body.
  • the casting core preferably insert the casting core as a semi-finished - with the salt still contained therein - in a casting mold and to form the corresponding cavity by at least partially casting or casting with the casting material of the cast component.
  • the flushing opening may be designed in such a way that it is accessible immediately after removal of the cast component from the casting tool, that the salt can therefore be washed out immediately after the casting process.
  • the casting core can be completely surrounded, so that first a (machining) processing of the
  • Cast component for partial exposure of the casting core (and thus to create the flushing opening) must take place before the salt of the casting core can be washed out.
  • the salt - at least partially - can be dissolved out of the respective casting core even before the casting process. This is conceivable, for example, if - as will be described below - an outer layer of the casting core for improved
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that the cavity, within which the porous metal body is arranged, for guiding a medium, in particular a cooling medium for the internal combustion engine of a motor vehicle, is formed.
  • a medium for example, cooling water or the like for the internal combustion engine of a motor vehicle, can circulate.
  • areas with different proportions of metal or salt components are provided within the casting core.
  • a corresponding variation of the metal or salt content a corresponding variation of the porosity, size of the respective pores or the like can be generated, thereby affecting, for example, the rigidity and strength of the metal body and the cast component.
  • Outer layer of the Gellokems is treated prior to pouring into the casting material of the cast component.
  • a corresponding casing of the casting core may be provided, in which, for example, less salt or more salt than in a central region is provided.
  • a roughening or structuring of the outer skin or outer layer of the casting core may take place in order to achieve improved clamping of the casting core or of the metal body within the casting material of the casting component.
  • Fig. 1a, 1b is a plan view and a perspective sectional view of a
  • Internal combustion engine is generated, and which is formed by casting a metal, in particular an aluminum alloy, together with a salt; and in the
  • Fig. 2a, 2b is a schematic plan view and a schematic sectional view
  • a casting core 10 is shown in a schematic plan view or perspective sectional view, by means of which in a casting process for producing a casting component 12 shown in FIGS. 2a and 2b in the form of a cylinder crankcase for an internal combustion engine of a motor vehicle
  • contiguous cavity 14 which forms a water jacket for respective cylinders 16 of the internal combustion engine, which will be described in more detail below.
  • the lost casting core 10 is produced by casting a metal, in particular aluminum or an aluminum alloy, together with a salt.
  • a metal in particular aluminum or an aluminum alloy
  • the molten metal is mixed with the salt and poured.
  • other manufacturing processes are also conceivable.
  • Suitable salts are, in particular, water-soluble salts which can be obtained in a simple manner, for example in one corresponding bath or by rinsing in the manner to be described in more detail below can be removed from the casting core.
  • downstream process for producing the cast component 12 of the lost casting core 10 is then inserted to form the water jacket or cavity 14 in a corresponding casting tool and then at least partially poured into the casting material of the cast member 12.
  • Casting material are in principle all common pure metals or alloys conceivable. In the present case, it is an aluminum-based alloy, which is processed in a die-casting process for producing the cast component 12.
  • the main advantage of the casting core 10 used here, in which the salt is still within the metal, is therefore that this in one
  • Die casting process can be processed with correspondingly high casting pressures.
  • the salt is rinsed out of the casting core 10 after the casting process.
  • the cast component 12 has at least one flushing opening 18 toward the outside, so that the casting core 10, which forms and fills the cavity 14, can be acted upon accordingly by a flushing medium - in the present case water.
  • the salt is then rinsed out of the casting core 10, so that a total of a porous metal body 20 is created, which can be seen in particular in Fig. 2b.
  • the metal body 20 which has already been at least partially freed of salt or rinsed, in the casting process. in the
  • the salt grains within the pores of the metal body 20 ensure that the casting core 10 does not collapse.
  • This metal body 20 completely fills in the present case the corresponding
  • Cylinder crankcase forms, out.
  • the metal body 20 it would also be conceivable for the metal body 20 to fill only a part of the cavity 14. This would be conceivable, for example, by creating a combined casting core 10, in which a part of the
  • the casting core 10 shown in FIGS. 1 a and 1 b represents a semifinished product which in the present case is provided with corresponding molten metal of the
  • the porous metal body 20 results in the advantage that in the region of the cavity 14, the strength and rigidity of the cast component 2 is significantly increased. This benefits, for example, the static and dynamic properties of the cast component 12.
  • adjacent to the cavity 14 areas of the cast member 12 can be made smaller, since the metal body 20 for stiffening the
  • Cast component 12 contributes.
  • the metal of the casting core 10 or the porous metal body 20 and the cast component 12 consists either of materials with at least substantially the same
  • the porosity of the metal body 20 can be adjusted in order to vary the overall rigidity or strength of the cast component 12 in the region of the cavity 14.
  • the salt can also be at least partially rinsed out of the casting core 10 before it is inserted into the casting tool for producing the cast component 12. For example, it would be conceivable to roughen the outer layer of the casting core 10 before it is poured into the cast material of the cast component by already removing it from the salt. This results in a particularly good bond between the casting material of the cast component 12 and the metal of the casting core 10 or the metal body 20.
  • Water jacket forming cavity 14 so a variation of its porosity - for example, by adjusting the metal or salt content of the casting core 10 - specifically affect the flow of the cooling medium through the water jacket / cavity 14.
  • corresponding cavities 14 may be formed within the cast component 12, resulting in correspondingly improved stiffness or strength values within the cast component 2.
  • the use of the porous metal body 20 is particularly suitable in cast components 12, which must be flowed through by a medium, in particular a cooling medium.
  • Metal body 20 is not a significant obstacle for the corresponding cooling medium.
  • the water jacket / cavity 14 may be provided only partially with one or more metal bodies 20, for example, in particular web portions of the crankshaft housing.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gussbauteil (12), insbesondere für einen Verbrennungsmotor eines Kraftwagens, mit wenigstens einem durch einen verlorenen Gießkern (10) gebildeten Hohlraum (14), wobei durch den Gießkern (10) ein in dem Hohlraum (14) eingegossener poröser Metallkörper (20) gebildet ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Gießkern (10) für ein solches Gussbauteil (12), welcher durch Gießen eines Metalls, insbesondere einer Aluminiumlegierung, gemeinsam mit einem Salz gebildet ist. Schließlich betrifft die Erfindung jeweilige Verfahren zur Herstellung eines solchen Gussbauteils (12) bzw. eines solchen Gießkerns (10).

Description

Gussbauteil mit wenigstens einem durch einen
Gießkern gebildeten porösen Metallkörper
Die Erfindung betrifft ein Gussbauteil, insbesondere für einen Verbrennungsmotor eines Kraftwagens gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie einen Gießkern für ein derartiges Gussbauteil. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Gussbauteils gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 8 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Gießkerns für ein derartiges Gussbauteil.
Aus der DE 10 2007 023 060 A1 sind bereits ein Gussbauteil in Form eines
Zylinderkurbelgehäuses und ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Gussbauteils als bekannt zu entnehmen, wobei die Herstellung eines als Hohlraum gestalteten
Wassermantels des Zylinderkurbelgehäuses durch eine Mehrzahl verlorener Gießkerne erfolgt. Genauer gesagt handelt es sich bei diesen Gießkernen um jeweilige Salzkerne, welche in einem vorgelagerten Verfahren an einen sogenannten Zylinderliner zur Führung jeweiliger Hubkolben angebunden werden. Nach dem Eingießen des Zylinderliners bei der Herstellung des Gussbauteils werden in einem anschließenden Verfahren die jeweiligen Salzkerne, welche aus einem wasserlöslichen Salz bestehen, entsprechend herausgespült. Durch die verlorenen Gieß- bzw. Salzkerne werden demzufolge die offenen Hohlräume des Wassermantels zur Kühlung des Zylinderkurbelgehäuses gebildet.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Gussbauteil und einen Gießkern sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Gussbauteils bzw. eines solchen Gießkerns zu schaffen, mittels welchen sich eine erhöhte Festigkeit bzw. Steifigkeit des Gussbauteils im jeweiligen, durch den Gießkern gebildeten Hohlraum realisieren lässt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Gussbauteils sowie einen Gießkern mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 bzw. 6 gelöst. Des Weiteren wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines Gussbauteils bzw. eines Gießkerns mit den Merkmalen der Patentansprüche 8 bzw. 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Patentansprüchen angegeben.
Um ein Gussbauteil zu schaffen, welches im Bereich des jeweiligen Hohlraums eine verbesserte Festigkeit bzw. Steifigkeit aufweist, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass durch den Geißkern ein in dem Hohlraum eingegossener poröser Metallkörper gebildet ist. Hierzu wird ein Gießkern eingesetzt, welcher aus einem Metall bzw. einer
Metalllegierung zusammen mit einem Salz, insbesondere einem Kristallsalz, vergossen oder dergleichen verarbeitet wird. Als Metall oder Metalllegierung eignet sich dabei insbesondere Aluminium bzw. eine Aluminiumlegierung, beispielsweise auf Basis von AISi7. Als im Rahmen der Erfindung mit umfasst ist es jedoch zu betrachten, dass auch andere Metalle bzw. Metalllegierungen zum Einsatz kommen können.
Der poröse Metallkörper wird erzeugt, indem - insbesondere nach dem Gießprozess des Gussbauteils - das Salz aus dem verlorenen Gießkern herausgelöst wird. Dabei wird vorzugsweise ein wasserlösliches Salz eingesetzt, so dass durch Spülen mit Wasser das Salz ausgewaschen werden kann. Durch die heraus gelösten Salzkristalle bzw. Salkörner werden dann die jeweiligen Poren des schwammartigen, porösen Metallkörpers gebildet. Insgesamt entsteht somit ein poröser Metallkörper, mittels welchem der durch den Geißkern erzeugte Hohlraum zumindest teilweise ausgefüllt ist. Durch diese Ausfüllung des Hohlraums ergibt sich in diesem Bereich eine strukturelle Verstärkung des
Gussbauteils und somit eine höhere Steifigkeit bzw. Festigkeit. Im Ergebnis kann hierbei auch eine Gewichtsersparnis in den jeweiligen Gussbauteilen erreicht werden, da durch die Aussteifung bzw. Verstärkung mittels der porösen Metallkörper die jeweiligen, den Hohlraum umgebenden Wände entsprechend geringer bzw. dünner dimensioniert werden können.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist das Gussbauteil wenigstens eine Spülöffnung des nach außen hin offenen Hohlraums auf, über welche zur Bildung des porösen Metallkörpers das Salz aus dem Gießkerns herausspülbar ist. Mit anderen Worten ist es erfindungsgemäß vorgesehen, den Gießkern vorzugsweise als Halbzeug - mit dem noch darin aufgenommenen Salz - in ein Gießwerkzeug einzulegen und durch zumindest teilweises Umgießen bzw. Angießen mit dem Gusswerkstoff des Gussbauteils den entsprechenden Hohlraum zu bilden. Im Wesentlichen erst im Nachhinein erfolgt dann beispielsweise das Herausspülen des entsprechenden Salzes. Die Spülöffnung kann in einer solchen Weise gestaltet sein, dass sie unmittelbar nach Entnehmen des Gussbauteils aus dem Gießwerkzeug zugänglich ist, dass das Salz also unmittelbar nach dem Gießprozess herausgewaschen werden kann. Alternativ kann der Gießkern vollkommen umgössen sein, so dass zunächst eine (spanende) Bearbeitung des
Gussbauteils zur partiellen Freilegung des Gießkerns (und somit zur Schaffung der Spülöffnung) stattfinden muss, bevor das Salz des Gießkerns ausgewaschen werden kann.
Als im Rahmen der Erfindung mit umfasst ist es jedoch zu betrachten, dass das Salz - zumindest teilweise - auch bereits vor dem Gießprozess aus dem jeweiligen Gießkern herausgelöst werden kann. Dies ist beispielsweise denkbar, wenn - wie nachfolgend noch beschrieben werden wird - eine Außenschicht des Gießkerns zur verbesserten
Verbindung mit dem Gusswerkstoff des Gussbauteils aufgerauht werden soll oder wenn einzelne Teilbereiche des Gießkerns bzw. des porösen Metallkörpers im Anschluss an den Gießprozess nicht mehr gespült werden können.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Hohlraum, innerhalb welchem der poröse Metallkörper angeordnet ist, zur Führung eines Mediums, insbesondere eines Kühlmediums für den Verbrennungsmotor eines Kraftwagens, ausgebildet ist. Solche porösen Metallkörper besitzen nämlich die Eigenschaft, den Hohlraum einerseits sehr gut zu Stabilisieren, jedoch andererseits eine hinreichende Durchlässigkeit auszuweisen, so dass ein Medium, beispielsweise Kühlwasser oder dergleichen für den Verbrennungsmotor eines Kraftwagens, zirkulieren kann.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weisen der poröse Metallkörper und das
Gussbauteil Materialien bzw. Legierungen mit entweder zumindest im Wesentlichen gleichen Eigenschaften oder aber mit unterschiedlichen Eigenschaften, insbesondere unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten, auf. Weisen die beiden jeweiligen Legierungen zumindest im Wesentlichen gleiche Eigenschaften auf oder sind diese zumindest im Wesentlichen identisch, so hat dies den Vorteil, dass sich eine besonders gute Integration des porösen Metallkörpers in das jeweilige Gussbauteil ergibt.
Insbesondere können hierbei zum Beispiel Spannungen oder dergleichen innerhalb des Gussbauteils vermieden und eine gute Verbindung zwischen dem Metallkörper und dem Gussbauteil gewährleistet werden. Andererseits kann es vorteilhaft sein, wenn die Legierungen des Gussbauteils bzw. des Metallkörpers unterschiedlich sind. Hierdurch wird - insbesondere wenn die beiden Legierungen unterschiedliche Wärmeausdehnungen aufweisen - beispielsweise eine besonders günstige
Verklammerung des Metallkörpers innerhalb des Gussbauteilhohlraums erreicht.
Die vorstehend im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Gussbauteil genannten Vorteile gelten in ebensolcher Weise für den Gießkern gemäß Patentanspruch 6.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind innerhalb des Gieskerns Bereiche mit unterschiedlichen Metallanteilen bzw. Salzanteilen vorgesehen. Durch eine
entsprechende Variation des Metall- bzw. Salzgehalts kann eine entsprechende Variation der Porosität, Größe der jeweiligen Poren oder dergleichen erzeugt werden, um hierdurch beispielsweise die Steifigkeit und Festigkeit des Metallkörpers und des Gussbauteils zu beeinflussen.
Die vorstehend im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Gussbauteil und dem zugehörigen Gießkern beschriebenen Vorteile gelten in ebensolcher Weise für das Verfahren zur Herstellung eines Gussbauteils gemäß Patentanspruch 8.
Dabei ist in vorteilhafter Ausgestaltung in der Erfindung vorgesehen, dass die
Außenschicht des Gießkems vor dem Eingießen in den Gusswerkstoff des Gussbauteils behandelt wird. Hierbei kann beispielsweise eine entsprechende Ummantelung des Gießkerns vorgesehen sein, in welchem beispielsweise weniger Salz oder aber auch mehr Salz als in einem mittleren Bereich vorgesehen wird. Eventuell kann auch eine Aufrauung oder Strukturierung der Außenhaut bzw. Außenschicht des Gießkerns erfolgen, um eine verbesserte Verklammerung des Gießkerns bzw. des Metallkörpers innerhalb des Gusswerkstoffs des Gussbauteils zu erreichen. So ist es beispielsweise auch denkbar, die Außenschicht des Gießkerns dadurch aufzurauen, dass bereits in diesem Bereich vor dem Gießen des Gussbauteils das entsprechende Salz herausgelöst wird.
Die vorstehend im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Gussbauteil bzw. dem zughörigen Gießkern sowie dem entsprechenden Verfahren zur Herstellung eines Gussbauteils genannten Vorteile gelten in ebensolcher Weise für das Verfahren zur Herstellung des verlorenen Gießkerns gemäß Patentanspruch 10.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in: Fig. 1a, 1b eine Draufsicht bzw. eine perspektivische Schnittansicht auf einen
Gießkern für ein Gussbauteil in Form eines Kurbelgehäuses eines
Verbrennungsmotors eines Kraftwagens, mittels welchem ein Hohlraum in Form eines Wassermantels für jeweilige Zylinder der
Verbrennungskraftmaschine erzeugbar ist, und welcher durch Gießen eines Metalls, insbesondere einer Aluminiumlegierung, gemeinsam mit einem Salz gebildet ist; und in den
Fig. 2a, 2b eine schematische Draufsicht und eine schematische Schnittansicht
entlang einer durch die Linie llb-llb in Fig. 2a repräsentierten Schnittebene durch das Gussbauteil in Form des Kurbelgehäuses des
Verbrennungsmotors für einen Kraftwagen, wobei erkennbar ist, dass der durch den Gießkern gebildete Hohlraum in Form des Wassermantels durch einen porösen Metallkörper ausgefüllt ist, welcher durch Ausspülen des Salzes aus dem Gießkern gebildet worden ist.
In den Fig. 1a und 1b ist in einer schematischen Draufsicht bzw. perspektivischen Schnittansicht ein Gießkern 10 dargestellt, mittels welchem in einem Gießprozess zur Herstellung eines in den Fig. 2a und 2b dargestellten Gussbauteils 12 in Form eines Zylinderkurbelgehäuses für einen Verbrennungsmotor eines Kraftwagens ein
zusammenhängender Hohlraum 14, welcher auf im Weiteren noch näher beschriebene Weise einen Wassermantel für jeweilige Zylinder 16 des Verbrennungsmotors bildet, geschaffen wird.
Zunächst wird in einem entsprechenden Verfahren der verlorene Gießkern 10 durch Gießen eines Metalls, insbesondere von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, gemeinsam mit einem Salz erzeugt. Hierzu wird in einem entsprechenden Gießprozess die Metallschmelze mit dem Salz vermischt und gegossen. Denkbar sind jedoch auch andere Herstellungsprozesse.
Als Legierung eignet sich beispielsweise eine Aluminiumlegierung auf Basis von
AISi'7. Natürlich sind auch eine Vielzahl anderer Legierungen, insbesondere Aluminium- Basislegierungen, denkbar. Ebenso sind auch Reinmetalle denkbar. Als Salz eignen sich insbesondere wasserlösliche Salze, welche auf einfache Weise, beispielsweise in einem entsprechenden Bad oder durch Spülen auf im Weiteren noch näher beschriebene Weise aus dem Gießkern entfernt werden können.
In einem der Herstellung des Gießkerns 10 nachgelagerten Verfahren zur Herstellung des Gussbauteils 12 wird dann der verlorene Gießkern 10 zur Bildung des Wassermantels bzw. Hohlraums 14 in ein entsprechendes Gießwerkzeug eingelegt und anschließend zumindest teilweise in den Gusswerkstoff des Gussbauteils 12 eingegossen. Als
Gusswerkstoff sind prinzipiell alle gängigen Reinmetalle bzw. Legierungen denkbar. Im vorliegenden Fall handelt es sich um eine Aluminium-Basislegierung, welche in einem Druckgussverfahren zur Herstellung des Gussbauteils 12 verarbeitet wird. Ein
wesentlicher Vorteil des hier verwendeten Gießkerns 10, bei welchem sich das Salz noch innerhalb des Metalls befindet, besteht also darin, dass dieser in einem
Druckgussverfahren mit entsprechend hohen Gießdrücken verarbeitet werden kann. Es ist jedoch auch denkbar, den Gießkern 10 bei anderen Gießverfahren, beispielsweise Niederdruckguss- bzw. Sandgussverfahren einzusetzen.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird im Anschluss an den Gießprozess das Salz aus dem Gießkern 10 ausgespült. Hierzu weist das Gussbauteil 12 wenigstens eine Spülöffnung 18 nach außen hin auf, so dass der Gießkern 10, welcher den Hohlraum 14 ausbildet und füllt, entsprechend mit einem Spülmedium - vorliegend Wasser - beaufschlagt werden kann. In einem entsprechenden Spülprozess innerhalb eines Wasserbads oder durch direkte Beaufschlagung mit einem Wasserstrom/Wasserstrahl wird sodann das Salz aus dem Gießkern 10 ausgespült, so dass insgesamt ein poröser Metallkörper 20 geschaffen ist, welcher insbesondere in Fig. 2b erkennbar ist. Es wäre wie angedeutet jedoch theoretisch auch denkbar, den bereits zumindest teilweise vom Salz befreiten bzw. gespülten Metallkörper 20 im Giesprozess einzusetzen. Im
vorliegenden Druckgussverfahren stellen jedoch die Salzkörner innerhalb der Poren des Metallkörpers 20 sicher, dass der Gießkern 10 nicht kollabiert.
Dieser Metallkörper 20 füllt im vorliegenden Fall vollständig den entsprechenden
Hohlraum 14, welcher den Wassermantel für das Gussbauteil 12 in Form des
Zylinderkurbelgehäuses bildet, aus. Denkbar wäre es jedoch auch, dass der Metallkörper 20 nur einen Teil des Hohlraums 14 füllt. Dies wäre beispielsweise denkbar, indem ein kombinierter Gießkern 10 geschaffen wird, bei welchem ein Teil aus der
vorbeschriebenen Kombination aus Metall und Salz gebildet ist und beispielsweise ein anderer Teil aus einem Material, welches nach dem Gießprozess beispielweise durch Spülen oder dergleichen vollständig entfernt werden kann. Dieses Material kann beispielsweise Salz sein.
Insgesamt ist somit erkennbar, dass der in den Fig. 1a und 1b gezeigte Gießkern 10 ein Halbzeug darstellt, welches vorliegend mit entsprechender Metallschmelze des
Gussbauteils 12 umgössen und anschließend zur Bildung des porösen Metallkörpers 20 gespült wird.
Der poröse Metallkörper 20 ergibt dabei den Vorteil, dass im Bereich des Hohlraums 14 die Festigkeit und Steifigkeit des Gussbauteils 2 deutlich erhöht wird. Dies kommt beispielsweise den statischen und dynamischen Eigenschaften des Gussbauteils 12 zugute. Außerdem können an den Hohlraum 14 angrenzende Bereiche des Gussbauteils 12 geringer dimensioniert werden, da der Metallkörper 20 zur Aussteifung des
Gussbauteils 12 beiträgt.
Das Metall des Gießkerns 10 bzw. des porösen Metallkörpers 20 und des Gussbauteils 12 besteht entweder aus Materialien mit zumindest im Wesentlichen gleichen
Eigenschaften oder aber aus Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften, insbesondere unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten. Sind die Materialien des Metallkörpers 20 und des Gussbauteils 12 aneinander angepasst oder identisch, so ergibt sich beispielsweise ein besonders günstiges Eingießen und eine besonders günstige Verbindung zwischen Metallkörper 20 und Gussbauteil 12. Zudem sind - auch bei Wärmeschwankungen - die Wärmeausdehnung und andere Materialeigenschaften im Wesentlichen identisch, so dass beispielsweise keine Spannungen oder dergleichen innerhalb des Gussbauteils 12 entstehen können. Andererseits kann es - wenn für den Metallkörper 20 und das Gussbauteil 12 - unterschiedliche Legierungen bzw. Reinmetalle eingesetzt werden, vorteilhaft sein, entsprechend unterschiedliche Materialeigenschaften wie beispielsweise unterschiedliche Wärmeausdehnungen zu erhalten. Dies ist beispielsweise dann von Vorteil, wenn sich der Metallkörper 20 bei einer
Wärmeausdehnung im Gussbauteil 12 verhaken bzw. verkrallen soll.
Des Weiteren können innerhalb des Gießkerns 10 Bereiche mit unterschiedlichen Metallanteilen bzw. Salzanteilen vorgesehen werden. Hierdurch kann beispielsweise die Porosität des Metallkörpers 20 eingestellt werden, um insgesamt die Steifigkeit bzw. Festigkeit des Gussbauteils 12 im Bereich des Hohlraums 14 zu variieren. Weiterhin kann auch zumindest teilweise ein Ausspülen des Salzes aus dem Gießkern 10 bereits vor dem Einlegen in das Gießwerkzeug zur Herstellung des Gussbauteils 12 erfolgen. Beispielsweise wäre es denkbar, die Außenschicht des Gießkerns 10 vor dem Eingießen in den Gusswerkstoff des Gussbauteils dadurch aufzurauen, indem diese bereits von dem Salz befreit wird. Somit ergibt sich ein besonders guter Verbund zwischen dem Gussmaterial des Gussbauteils 12 und dem Metall des Gießkerns 10 bzw. dem Metallkörper 20. Außerdem wäre es denkbar, den Gießkern 10 mit einer Verhautung bzw. Außenhaut zu versehen, welche beispielsweise von Salz frei ist. Hierdurch wird ebenfalls eine besonders günstige Verbindung zwischen Gießkern 10 und Gussbauteil 12 erreicht.
Wird der Metallkörper 20 - wie im vorliegenden Fall - innerhalb eines einen
Wassermantel bildenden Hohlraums 14 angeordnet, so kann eine Variation von dessen Porosität - beispielsweise durch Einstellung des Metall- oder Salzgehalts des Gießkerns 10 - gezielt den Durchfluss des Kühlmediums durch den Wassermantel/Hohlraum 14 beeinflussen.
Insgesamt ist somit erkennbar, dass vorliegend ein Gussbauteil 12 und ein Gießkern 10 sowie ein zugehöriges Verfahren geschaffen sind, mittels welchem zunächst
entsprechende Hohlräume 14 innerhalb des Gussbauteils 12 gebildet werden können, wobei sich entsprechend verbesserte Steifigkeits- bzw. Festigkeitswerte innerhalb des Gussbauteils 2 ergeben. Des Weiteren eignet sich die Verwendung des porösen Metallkörpers 20 insbesondere in Gussbauteilen 12, welche durch ein Medium, insbesondere ein Kühlmedium, durchströmt werden müssen. Hierbei stellt der
Metallkörper 20 kein nennenswertes Hindernis für das entsprechende Kühlmedium dar. Der Wassermantel/Hohlraum 14 kann dabei auch nur partiell mit einem oder mehrere Metallkörpern 20 versehen sein, beispielsweise insbesondere in jeweiligen Stegbereichen des Kurbelwellengehäuses.

Claims

Patentansprüche
1. Gussbauteil (12), insbesondere für einen Verbrennungsmotor eines Kraftwagens, mit wenigstens einem durch einen verlorenen Gießkern (10) gebildeten Hohlraum (14),
dadurch gekennzeichnet, dass
durch den Gießkern (10) ein in dem Hohlraum (14) eingegossener poröser
Metallkörper (20) gebildet ist.
2. Gussbauteil (12) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Gussbauteil (12) wenigstens eine Spülöffnung (18) des offenen Hohlraums (14) nach außen aufweist, über welche zur Bildung des porösen Metallkörpers (20) ein Salz aus dem Gießkern ( 0) heraus lösbar ist.
3. Gussbauteil (12) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Hohlraum (14) zur Führung eines Mediums, insbesondere eines Kühlmediums für den Verbrennungsmotor eines Kraftwagens, ausgebildet ist.
4. Gussbauteil (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
der poröse Metallkörper (20) und das Gussbauteil (12) aus Materialien mit zumindest im Wesentlichen gleichen Eigenschaften gebildet sind.
5. Gussbauteil (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass der poröse Metallkörper (20) und das Gussbauteil (12) aus Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften, insbesondere unterschiedlichen
Wärmeausdehnungskoeffizienten, gebildet sind.
6. Gießkern (10) für ein Gussbauteil (12), insbesondere für einen Verbrennungsmotor eines Kraftwagens, welcher durch Gießen eines Metalls, insbesondere einer Aluminiumlegierung, gemeinsam mit einem Salz gebildet ist.
7. Gießkern (10) nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
innerhalb des Gießkerns (10)Bereiche mit unterschiedlichen Metallanteilen bzw. Salzanteilen vorgesehen sind.
8. Verfahren zur Herstellung eines Gussbauteils (12), insbesondere für einen
Verbrennungsmotor eines Kraftwagens, bei welchem wenigstens ein verlorener Gießkern (10) zur Bildung eines offenen Hohlraums (14) in ein Gießwerkzeug eingelegt und anschließend zumindest teilweise in den Gusswerkstoff des
Gussbauteils (12) eingegossen wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Gießkern (10) aus Metall und Salz in das Gießwerkzeug eingelegt und nach dem Gießen des Gussbauteils (12) das Salz zur Bildung eines porösen
Metallkörpers (20) aus dem Gießkern herausgelöst wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Außenschicht des Gießkerns (10) vor dem Eingießen in den Gusswerkstoff des Gussbauteils (12) behandelt wird.
10. Verfahren zur Herstellung eines verlorenen Gießkerns (10) für ein Gussbauteil (12), insbesondere für einen Verbrennungsmotor eines Kraftwagens, bei welchem der Gießkern (10) durch Gießen eines Metalls, insbesondere einer Aluminiumlegierung, gemeinsam mit einem Salz gebildet wird.
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