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Title:
CAST COMBINATION OF HOLLOW PROFILES CONSISTING OF A LIGHT-METAL ALLOY
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2004/014584
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for producing a cast combination of cylindrical hollow profiles and for casting said combination into a cylinder block or crank housing of an internal combustion engine. According to said method, cylindrical hollow profiles consisting of a light-metal alloy and containing inlaid hard phases that have been manufactured by successive stages of spray compacting, hot extrusion and hot forming are arranged in a row, the distance between the axes of said hollow profiles corresponding to the cylinder bore centre distance of the cylinder block and a light-metal alloy without inlaid hard phases is cast around said profiles. The cast combination is then positioned in a mould that forms the cylinder block and a light-metal material is cast around said combination.

Inventors:
BILGER WOLFGANG (DE)
COMMANDEUR BERNHARD (DE)
DICKMANN THOMAS (DE)
HINTON JONATHAN W (US)
KRUG PETER (DE)
KUEBELSTEIN GUIDO (DE)
LOOS RAYMOND (FR)
MERTNER ERIK (DE)
SINHA GERO (DE)
BAUMGARTEN JUERGEN (DE)
Application Number:
PCT/EP2003/008186
Publication Date:
February 19, 2004
Filing Date:
July 25, 2003
Export Citation:
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Assignee:
PEAK WERKSTOFF GMBH (DE)
BILGER WOLFGANG (DE)
COMMANDEUR BERNHARD (DE)
DICKMANN THOMAS (DE)
HINTON JONATHAN W (US)
KRUG PETER (DE)
KUEBELSTEIN GUIDO (DE)
LOOS RAYMOND (FR)
MERTNER ERIK (DE)
SINHA GERO (DE)
BAUMGARTEN JUERGEN (DE)
International Classes:
B22D19/00; F02F1/00; B22D19/08; B22D21/04; C22C21/02; F02F1/10; F02B75/18; (IPC1-7): B22D19/00
Domestic Patent References:
WO1997006908A11997-02-27
Foreign References:
FR2706576A11994-12-23
EP0363844A21990-04-18
DE2854958A11980-07-10
DE3300924A11984-07-19
EP0990475A12000-04-05
Attorney, Agent or Firm:
Sparing, Rolf K. (Goltsteinstrasse 19, Düsseldorf, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Verfahren zum Herstellen eines Gussverbunds von zylindri schen Hohlprofilen und Eingießen des Gussverbunds in ei nen Zylinderblock bzw. Kurbelgehäuse eines Verbrennungs motors, bei welchem Verfahren durch die aufeinanderfolgenden Schritte Sprühkompak tieren, Warmstrangpressen und Warmumformen gefertig te, zylindrische Hohlprofile aus einer Leichtmetall Legierung mit eingelagerten Hartphasen, in einer rei henförmigen Anordnung, in welcher der Achsenabstand der Hohlprofile dem Zylinderbohrungsmittenabstand des Zylinderblocks entspricht, von einer Leichtmetall Legierung ohne eingelagerte Hartphasen umgossen wer den, der Gussverbund in einer den Zylinderblock formenden Gießform positioniert und mit Leichtmetallwerkstoff umgossen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem bei der Herstel lung des Gussverbunds die Hohlprofile an dem als einge gossene Laufbuchsen der Zylinderkopfdichtung zugewandten Ende übergossen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem bei der Herstel lung des Gussverbunds durch Anbringen von für Schmelze undurchlässigen Sandoder Salzkernen ein Kanal im Um gussmaterial erzeugt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Positionierung des Gussverbunds durch am Verbund angebrachte Positio niermarken erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 3, bei welchem in die Kanäle ein für Schmelze undurchlässiger Salzoder Sandkern einge bracht wird.
6. Gussverbund von zylindrischen Hohlprofilen aus einer LeichtmetallLegierung mit eingelagerten Hartphasen zum Eingießen als Zylinderlaufbuchsen in einen Zylinderblock bzw. ein Kurbelgehäuse eines Verbrennungsmotors, herge stellt durch das Verfahren nach Anspruch 1.
7. Gussverbund nach Anspruch 6, bei welchem die Hohlprofile an den äußeren Umfangsflächen Stoßflächen zur gegenseiti gen Anlage, insbesondere in Form von Abflachungen, auf weisen.
8. Gussverbund nach Anspruch 6, bei welchem zwischen zwei benachbarten Hohlprofilen we nigstens ein einseitig oder zweiseitig offener Kanal zum Transport von Kühlfluid ausgebildet ist.
9. Gussverbund nach Anspruch 8, bei welchem der Kanal in wenigstens einer der äußeren Um fangsflächen der Hohlprofile ausgespart ist.
10. Gussverbund nach Anspruch 8, bei welchem der Kanal durch ein zwischen benachbarten Hohlprofilen angeordnetes Kanalhohlprofil geformt ist.
11. Gussverbund nach Anspruch 8, bei welchem der Kanal durch eine Aussparung im Umguss zwischen benachbarten Hohlprofilen gebildet ist.
12. Gussverbund nach Anspruch 8, bei welchem der Kanal im wesentlichen nur auf Höhe des zur Verbrennung von Kraftstoff vorgesehenen Raums der als Laufbuchsen eingegossenen Hohlprofile ausgebildet ist.
13. Gussverbund nach Anspruch 8, bei welchem der Kanal im wesentlichen nur auf Höhe des der Zylinderkopfdichtung angrenzenden Endes der als Lauf buchsen eingegossenen Hohlprofile ausgebildet ist.
14. Gussverbund nach Anspruch 6, bei welchem die Hohlprofile aus einer AluminiumSilizium Legierung bestehen.
15. Gussverbund nach Anspruch 14, bei welchem der SiliziumGehalt der AluminiumSilizium Legierung 1240 Gew. %, bezogen auf das Gesamtgewicht der Legierung, beträgt.
16. Gussverbund nach Anspruch 14, bei welcher der SiliziumGehalt der AluminiumSilizium Legierung 1730 Gew. %, bezogen auf das Gesamtgewicht der Legierung, beträgt.
17. Gussverbund nach Anspruch 14, bei welchem der SiliziumGehalt der AluminiumSilizium Legierung 25 Gew.%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Legierung, beträgt.
18. Gussverbund nach Anspruch 14, bei welchem die Hohlprofile durch Sprühkompaktieren her gestellt sind.
19. Gussverbund nach Anspruch 14, bei welchem die zum Umgießen der Hohlprofile verwendete LeichtmetallLegierung eine AluminiumSiliziumLegierung ist.
20. Gussverbund nach Anspruch 14 und 19, bei welchem die zum Umgießen der Hohlprofile verwendete AluminiumSiliziumLegierung einen geringeren SiGehalt aufweist als die für die Hohlprofile verwendete Alumini umSiliziumLegierung.
21. Gussverbund nach Anspruch 20, bei welchem die zum Umgießen der Hohlprofile verwendete AluminiumSiliziumLegierung einen untereutektischen Si Gehalt aufweist.
22. Gussverbund nach Anspruch 14, bei welchem die Hohlprofile eine Wandstärke im Bereich von 38 mm aufweisen.
23. Gussverbund nach Anspruch 14, bei welchem die Hohlprofile eine Wandstärke von ungefähr 4 mm aufweisen.
24. Gussverbund nach Anspruch 14, welcher Positioniermarken zum Positionieren des Gussver bunds beim Eingießen in den Zylinderblock bzw. in das Kurbelgehäuse aufweist.
25. Gussverbund nach Anspruch 6, welcher aus 2, 3, 4,5 6 oder 8 Hohlprofilen besteht.
26. Gussverbund nach Anspruch 6, bei welchem die zum Umgießen der Hohlprofile verwendete LeichtmetallLegierung zur der für den Zylinderblock ver wendeten LeichtmetallLegierung gleich ist.
27. Gussverbund nach Anspruch 6, bei welchem der Umguss der Hohlprofile eine minimale Dik ke im Bereich von 25 mm aufweist.
28. Zylinderblock oder Kurbelgehäuse, enthaltend einen einge gossenen Gussverbund von Hohlprofilen nach Anspruch 6.
Description:
Gussverbund von Hohlprofilen aus Leichtmetall-Legierung Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet der Kraft- fahrzeugmotortechnik und betrifft insbesondere zylindrische Hohlprofile, die als Zylinderlaufbuchsen in den Zylinder- block bzw. das Kurbelgehäuse eines Hubkolben- Verbrennungsmotors eingegossen werden sollen.

Heutzutage werden die Zylinderblöcke bzw. Kurbelgehäuse von Verbrennungsmotoren zur Verminderung des Gewichts im allge- meinen aus legiertem Aluminium gefertigt. Kostengünstige, gut formbare und gut zu bearbeitende Aluminiumlegierungen sind jedoch mit dem Nachteil einer verhältnismäßig niedri- gen Warmfestigkeit und einem schlechten Verschleißwider- stand an den Kolbenlaufflächen der Zylinderbohrungen ver- bunden. Derartige Laufflächen sind deshalb als direkte Laufpartner für die Kolben mit Kolbenringen ungeeignet.

Um die Verschleißfestigkeit der Kolbenlaufflächen zu erhö- hen, ist bekannt Zylinderlaufbuchsen vorzusehen, die bei- spielsweise aus einer übereutektischen Aluminium-Silizium- Legierung gefertigt sind.

Problematisch ist hierbei die verschieb-und drehsichere Fixierung der Zylinderlaufbuchsen im Zylinderblock bzw.

Kurbelgehäuse. Diese werden hierzu entweder nachträglich in den fertig bearbeiteten Zylinderblock eingesetzt, insbeson- dere eingepresst oder thermisch gefügt, oder beim Gießen des Zylinderblocks mit der Aluminiumlegierung umgossen, wo- bei das Eingießen der Zylinderlaufbuchsen als der bevorzug- te Fertigungsprozess angesehen werden kann.

Beim Eingießen der Zylinderlaufbuchsen werden diese bislang einzeln in die Gießform des Kurbelgehäuses eingelegt, bei- spielsweise auf konische Pinolen aufgesteckt, und anschlie- ßend mit der Aluminiumlegierung umgossen (siehe z. B. DE 19904971 A1). Wenn keine besonderen Vorkehrungen getroffen werden, wirft jedoch auch dieses Verfahren technische Pro- bleme auf, die sich insbesondere aus einer minimal einzu- haltenden Stegbreite zwischen den Laufbuchsen beim Eingie- ßen ergeben. So ist es bei dem üblicherweise eingesetzten Druckgussverfahren notwendig, einen Abstand von wenigstens einigen Millimetern (im allgemeinen 2-3 mm) zwischen den Laufbuchsen einzuhalten, damit eine vollständige Füllung des Raums zwischen den Laufbuchsen mit Schmelze gewährlei- stet ist und die Laufbuchsen nach Erkalten der Schmelze verschieb-und drehsicher im Zylinderblock fixiert sind.

Dies gilt umso mehr für die langsam füllenden Gießverfah- ren, wie Kokillenguss und Sandguss, bei denen für ein voll- ständiges Eingießen der Laufbuchsen noch wesentlich größere Abstände zwischen den Laufbuchsen eingehalten werden müs- sen.

Bei der Fertigung von Verbrennungsmotoren ist der Zylinder- bohrungsmittenabstand eine zentrale Größe bei der Auslegung des Motors, deren Änderung weit reichende konstruktive Än- derung nach sich ziehen würde. Um derartige Schwierigkeiten zu vermeiden, wird der Zylinderbohrungsmittenabstand in praxi als quasi konstante Größe angesehen. Gleiche Ein- schränkungen gelten auch für die Baulänge des Zylinder- blocks und damit einhergehend die maximale Länge der darin eingegossenen Laufbuchsen, welche den maximal möglichen Kolbenhub vorgibt. Hieraus folgt, dass durch den gießtech- nisch bedingten notwendigen Minimalabstand zwischen den Laufbuchsen, welcher den Durchmesser der Zylinderräume li- mitiert, bei einer gegebenen Auslegung des Motors dem maxi- mal erzielbaren Hubraum nachteilige Einschränkungen aufer- legt sind.

Ferner hat sich gezeigt, dass wenn der Abstand zwischen den in den Zylinderblock eingegossenen Laufbuchsen klein ist, die Festigkeit des Stegbereichs zwischen den Laufbuchsen abnimmt. Dies gilt insbesondere für die Verwindungssteifig- keit des Zylinderkurbelgehäuses, welches beim Betrieb des Verbrennungsmotors bekanntlich hohen tordierenden Belastun- gen standhalten muss. Vor allem wenn der Verbrennungsmotor mit hohen Drehzahlen läuft, besteht die Gefahr, dass Risse oder Brüche im Stegbereich zwischen den Laufbuchsen auftre- ten, welche schlimmstenfalls eine Lockerung der Laufbuchsen und einen dadurch bedingten Ausfall des Motors zur Folge haben können.

Als weiterer Punkt ist anzuführen, dass in modernen Ver- brennungsmotoren die zwischen Zylinderkopf und Zylinder- block befindliche Zylinderkopfdichtung aufgrund immer höhe- rer Temperaturen und Drücke im Brennraum immer stärker be- lastet wird. Um Undichtigkeiten zu vermeiden, muss der Zy- linderkopf deshalb mit einer ausreichend hohen Kraft auf den Zylinderblock gedrückt ("vorgespannt") werden, wobei jedoch zu beachten ist, dass eine zu hohe Presskraft zu un- erwünschten Formänderungen an Zylinderkopf oder Zylinder- block führen kann. Insbesondere wird durch eine hohe Press- kraft des Zylinderkopfs eine plastische Verformung von Ma- terial unterhalb der Zylinderkopfdichtung ("Druckkriechen") begünstigt. Dieser Effekt tritt vor allem im Bereich der Stege unterhalb der in dieser Hinsicht nachteiligen Sicken der Zylinderkopfdichtung auf, wodurch insbesondere bei Vor- liegen kleiner Zylinderbohrungsmittenabstände Undichtigkei- ten entstehen können.

Weiterhin tritt bei den herkömmlichen Verfahren zum Eingie- ßen der Laufbuchsen in das Kurbelgehäuse bzw. den Zylinder- block oft das Problem auf, dass die auf die Pinolen aufge- steckten Laufbuchsen nicht hinreichend fest fixiert werden können und sich während des Eingießprozesses bewegen, was sich in der Praxis als ein häufiger Grund für die Produkti- on von Ausschuss erwiesen hat.

Ferner tritt beim Eingießen der Laufbuchsen mittels der langsam füllenden Gießverfahren, wie Kokillenguss und Sand- guss, das äußerst schwer wiegende Problem auf, dass eine die Schmelze umhüllende Oxidhaut eine metallische Bindung zwischen der Leichtmetall-Legierung des Kurbelgehäuses und der Leichtmetall-Legierung der Zylinderlaufbuchse verhin- dert. Für eine gute Anbindung der Laufbuchsen ist es jedoch notwendig, dass die Laufbuchsen an ihrer Außenhaut von dem umgossenen Material leicht angeschmolzen werden. Hierfür muss die Temperatur der Schmelze erhöht werden, was jedoch - da die Laufbuchsen und das Kurbelgehäuse im allgemeinen aus einer sehr ähnlichen Legierung bestehen-ein zumindest teilweises Durchschmelzen der Zylinderlaufbuchse wahr- scheinlich macht. Das Prozessfenster für eine ausreichende Anbindung von Laufbuchsen und Zylinderblock bzw. Kurbelge- häuse, ohne dass dabei ein wenigstens teilweises Durch- schmelzen der Laufbuchsen auftreten kann, ist wegen des we- sentlich größeren Volumens des Kurbelgehäuses gegenüber den Laufbuchsen für eine Serienfertigung jedoch nicht be- herrschbar. Bei den langsam füllenden Gießverfahren müssen deshalb Vorkehrungen getroffen werden, um ein zumindest teilweises Durchschmelzen zu verhindern.

DE 3300924 C2 zeigt eine Vorrichtung zur Kühlung von Zylin- derstegen, bei welcher eng und direkt zusammengegossene Zy- linder (z. B. Zwillingsbuchsen) eines Zylinderblocks ver- wendet werden. DE 19532252 C2 zeigt ein Verfahren zur Her- stellung von Zylinderlaufbuchsen aus einer übereutektischen Al-Si-Legierung. DE 69611751 T2 zeigt ein Verfahren zur Herstel- lung von Zylinderblöcken, bei welchem zunächst Zylinder- buchsen in einer Buchsenanordnung verbunden werden, und an- schließend die Buchsenanordnung in einer Gussform umgossen wird. DE 69228954 T2 zeigt ein Gussverfahren eines Zylin- derblocks, bei welchem miteinander verbundene Zylinderbuch- sen zur Herstellung eines Zylinderblocks eingegossen wer- den. DE 10019793 Cl zeigt ein Verfahren zur Herstellung ei- ner Zylinderlaufbuchse für Verbrennungskraftmaschinen durch thermisches Aufspritzen einer Verschleißschicht, sowie ei- ner Deckschicht, auf einen Stützkörper, wobei die Ver- schleißschicht eine übereutektische Al-Si-Legierung auf- weist, während die Deckschicht eine eutektische oder unte- reutektische Al-Si-Legierung aufweist. DE 4328619 AI zeigt zeigt ein partiell verstärktes Gussteil, sowie ein Verfah- ren zu dessen Herstellung.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, die eingangs geschilderten Nachteile der im Stand der Technik bekannten Verfahren zum Eingießen von Hohlprofilen in einen Zylinderblock bzw. ein Kurbelgehäuse zu überwinden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Herstellen eines Gussverbunds von zylindrischen Hohlprofi- len und Eingießen des Gussverbunds in einen Zylinderblock bzw. Kurbelgehäuse eines Verbrennungsmotors gelöst, bei welchem Verfahren durch die aufeinanderfolgenden Schritte Sprühkompaktieren, Warmstrangpressen und Warmumformen ge- fertigte, zylindrische Hohlprofile aus einer Leichtmetall- Legierung mit eingelagerten Hartphasen, in einer reihenför- migen Anordnung, in welcher der Achsenabstand der Hohlpro- file dem Zylinderbohrungsmittenabstand des Zylinderblocks entspricht, von einer Leichtmetall-Legierung ohne eingela- gerte Hartphasen umgossen werden, und der Gussverbund in einer den Zylinderblock formenden Gießform positioniert und mit Leichtmetallwerkstoff umgossen wird.

Erfindungsgemäß wird zu diesem Zweck ein Gussverbund aus zylinderförmigen Hohlprofilen aus einer Leichtmetall- Legierung mit eingelagerten Hartphasen zum Eingießen in ei- nen Zylinderblock bzw. ein Kurbelgehäuse als Zylinderlauf- buchsen eines Verbrennungsmotors gezeigt, bei welchem eine Mehrzahl von Hohlprofilen in einer reihenförmigen Anord- nung, in welcher der Abstand zwischen den Hohlprofilachsen dem Zylinderbohrungsmittenabstand des Zylinderblocks bzw.

Kurbelgehäuse entspricht, mit einer Leichtmetall-Legierung umgossen ist. Die Anordnung der umgossenen Hohlprofile ent- spricht somit einer vorgegebenen Anordnung der Zylinderräu- me des Zylinderblocks.

Da die Volumina von Umguss und Hohlprofile vorteilhaft im wesentlichen ungefähr gleich groß gewählt werden können, kann erfindungsgemäß eine gute Anbindung der Hohlprofile an den Umguss durch ein leichtes Anschmelzen der äußeren Um- fangsflächen der Hohlprofile-ohne dass gleichzeitig ein Durchschmelzen der Hohlprofile wahrscheinlich ist-er- reicht werden. In einem anschließenden zweiten Schritt wird der Gussverbund aus Hohlprofilen in den Zylinderblock bzw. das Kurbelgehäuse eingegossen, wobei das Umgussmaterial als "Opfermaterial"aufgefasst werden kann. Die Außenhaut des Umgussmaterials kann für eine gute Anbindung des Gussver- bunds im Zylinderblock bzw. Kurbelgehäuse von der Schmelze angeschmolzen werden, ohne ein Durchschmelzen der Hohlpro- file befürchten zu müssen, da die Schmelzen im allgemeinen erstarrt ist, bevor sie die Hohlprofile erreicht. Somit können in vorteilhafter Weise insbesondere auch die langsam erstarrenden Gießverfahren, wie Kokillen-und Sandguss zum Eingießen des Gussverbunds in den Zylinderblock eingesetzt werden.

Weiterhin ermöglicht das Bereitstellen von Opfermaterial, dass die Wandstärke der als Laufbuchsen einzugießenden Hohlprofile vermindert werden kann, wodurch in ökonomischer Weise das für die Anforderungen als Laufbuchse speziell an- gepasste, und im allgemeinen vergleichsweise teure, Materi- al eingespart werden kann.

Um genügend Opfermaterial für das Eingießen des Gussver- bunds in den Zylinderblock bzw. das Kurbelgehäuse zur Ver- fügung zu haben, weist der Umguss vorteilhaft eine minimale Dicke im Bereich von 2-5 mm auf.

Probate Gießverfahren zum Umgießen der Hohlprofile sind beispielsweise Niederdrucksandguss oder Niederdruckkokil- lenguss. Grundsätzlich kann aber jedes beliebige Gießver- fahren zu diesem Zweck eingesetzt werden.

Bei dem Material zum Umgießen der Hohlprofile handelt es sich vorteilhaft um gut formbare Leichtmetall-Legierungen, beispielsweise Aluminiumlegierungen, bei welchen auf einen übereutektischen Gehalt von Hartphasen ergebenden Elementen verzichtet werden kann. Vorzugsweise wird zum Umgießen der Hohlprofile und zum Gießen des Zylinderblocks bzw. Kurbel- gehäuses eine gleiche Leichtmetall-Legierung verwendet.

Da die Hohlprofile bereits umgossen sind, und deshalb beim Eingießen des Gussverbunds in den Zylinderblock keine Schmelze mehr in den Zwischenraum zwischen den Hohlprofilen fließen muss, kann der Abstand zwischen den als Laufbuchsen einzugießenden Hohlprofilen in vorteilhafter Weise kleiner als beim herkömmlichen Eingießen von einzelnen Laufbuchsen gewählt werden. Die Hohlprofile können auch ohne jeglichen Abstand, d. h. bei Berührung ihrer äußeren Umfangsflächen, umgossen und im Gussverbund als Zylinderlaufbuchsen in ei- nen Zylinderblock eingegossen werden. Dies ermöglicht bei gegebenem Zylinderbohrungsmittenabstand den Durchmesser der Laufbuchsen gegenüber dem Stand der Technik zu vergrößern und ermöglicht somit die Bereitstellung eines größeren Zy- linderhubraums. In vorteilhafter Weise sind also bei gleichbleibender Hublänge und gleichbleibendem Zylinderboh- rungsmittenabstand größere Hubräume und damit höhere Lei- stungen des Verbrennungsmotors möglich.

Eine dreh-und verschiebesichere Fixierung der Zylinder- laufbuchsen ist bei dem erfindungsgemäßen Hohlprofilguss- verbund, selbst bei sehr kleinen oder verschwindenden Lauf- buchsenabständen, durch die gute Anbindung der Hohlprofile im Umgusss und die gute Anbindung des Umguss an den Zylin- derblock bzw. das Kurbelgehäuse stets gewährleistet. Ein Lösen einzelner Laufbuchsen aus dem Gussverbund während des Betriebs des Verbrennungsmotors ist, im Unterschied zum Stand der Technik, wo vor allem bei sehr kleinen Stegbrei- ten zwischen den Laufbuchsen und bei hohen Drehzahlen des Verbrennungsmotors die Gefahr einer Lockerung einzelner Laufbuchsen besteht, nicht zu befürchten. Darüber hinaus ist durch den starren Gussverbund der Hohlprofile die Ver- windungssteifigkeit von Zylinderblock bzw. Kurbelgehäuse deutlich verbessert.

Beim Eingießen des Gussverbunds zeigt sich weiterhin der Vorteil, dass im Unterschied zum Stand der Technik, wo jede Laufbuchse einzeln positioniert fixiert werden muss, der Gussverbund nur als Ganzes positioniert und fixiert zu wer- den braucht. Eine Bewegung einzelner Hohlprofile beim Ein- gießen ist durch den Gussverbund verhindert. Eine Positio- nierung und Fixierung des Gussverbunds ist grundsätzlich einfacher, sicherer und vor allem auch schneller zu bewerk- stelligen als wie bei einzelnen Laufbuchsen. Dies trägt in vorteilhafter Weise dazu bei die Ausschussquote bei der Fertigung der Zylinderblöcke bzw. Kurbelgehäuse zu reduzie- ren, und durch den gewonnenen Zeitvorteil das Verfahren zu beschleunigen.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gussverbunds von Hohlprofilen weisen die Hohlprofile in ih- ren äußeren Umfangsflächen Stoßflächen zur gegenseitigen Anlage auf. Diese Stoßflächen können beispielsweise Abfla- chungen sein. Abflachungen haben den besonderen Vorteil, dass die Hohlprofile mit noch geringerem Abstand eingegos- sen werden können und dass dadurch, bei gegebenem Zylinder- bohrungsmittenabstand und gegebenem Längshub, sowie unter Berücksichtigung einer mindestens notwendigen Wandstärke der Hohlprofile, die Querschnittsfläche des Hohlprofils und damit der Hubraum der Laufbuchse noch weiter vergrößert werden können.

Die Hohlprofile können im Gussverbund so umgossen sein, dass ihre äußeren Umfangsflächen in unmittelbaren Kontakt stehen ; alternativ hierzu können die Hohlprofile einen Ab- stand voneinander haben, so dass zwischen den Hohlprofilen ein Stegbereich verbleibt. Insbesondere über die Breite ei- nes Stegbereichs kann der Abstand zwischen angrenzenden Hohlprofilen variiert und entsprechend einem vorgegebenen Zylinderbohrungsmittenabstand der eingegossenen Laufbuchsen gewählt werden.

Bei den modernen Verbrennungsmotoren ist die Zylinderkopf- dichtung aufgrund hoher Temperaturen und Drücke im Brenn- raum immer stärkeren Belastungen ausgesetzt, weshalb der Zylinderkopf mit sehr hoher Presskraft auf den Zylinder- block aufgedrückt werden muss. Um die damit verbunden nach- teiligen Folgeerscheinungen (z. B. Druckkriechen) zu ver- meiden, ist es vorteilhaft, wenn durch eine Kühlung die Fließgrenzen des Materials nicht erreicht werden, und des- halb plastische Verformungen vermieden werden können.

Zu diesem Zweck kann der erfindungsgemäße Gussverbund zwi- schen den umgossenen Hohlprofilen in vorteilhafter Weise wenigstens einen einseitig oder zweiseitig offenen Kanal zum Transport von Kühlfluid aufweisen. Ein solcher Kanal kann sich insbesondere auch im Stegbereich zwischen den Hohlprofilen befinden, wenn die Hohlprofile so umgossen sind, dass ihre äußeren Umfangsflächen nicht unmittelbar Kontakt haben.

Durch eine Kühlung des den Kanal umgebenden Materials durch Umpumpen von Kühlfluid im Kanal, kann in vorteilhafter Wei- se das eingangs geschilderte Materialdruckkriechen aufgrund einer hohen Vorspannung des Zylinderkopfs vermieden werden.

Falls die Hohlprofile an ihren äußeren Umfangsflächen Kon- takt haben, ist ein derartiger Kühlkanal vorzugsweise so gestaltet, dass er innerhalb der Kontaktstelle der Hohlpro- file in wenigstens einer der äußeren Umfangsflächen der Hohlprofile ausgespart ist. So kann der Kanal entweder durch eine Aussparung nur einer äußeren Umfangsfläche ge- bildet sein, oder sich durch Aussparungen in den äußeren Umfangsflächen beider Hohlprofile ergeben, wobei sich die Aussparungen zu einem Kanal ergänzen.

Alternativ hierzu kann der Kanal von einem zwischen den Hohlprofilen angeordneten Kanalhohlprofil geformt sein, welches bei der Fertigung des Verbunds zwischen den Hohl- profilen positioniert und anschließend umgossen wird. Wei- terhin kann der Kanal zum Transport von Kühlfluid von einem zwischen den Hohlprofilen angeordneten Abstandsprofil ge- formt werden, welches bei der Fertigung des Verbunds zwi- schen den Hohlprofilen positioniert und anschließend umgos- sen wurde. Das Abstandsprofil unterscheidet sich vom Kanal- hohlprofil dahingehend, dass der Kanal ausschließlich von dem Kanalhohlprofil geformt ist, während hierzu bei dem Ab- standsprofil auch Abschnitte der äußeren Umfangsflächen der angrenzenden Hohlprofile teilhaben.

Durch eine geeignete Wahl der Abmessungen von Kanalhohlpro- fil oder Abstandsprofil längs der reihenförmigen Anordnung der Hohlprofile lässt sich zudem der Abstand der Hohlpro- file im Hinblick auf einen vorgegebenen Zylinderbohrungs- mittenabstand variieren.

Ferner kann ein Kanal zum Transport von Kühlfluid auch in dem Umguss der Hohlprofile ausgespart sein. Zur Formung derartiger Kanäle werden beim Umgießen der Hohlprofile ge- eignete Salz-oder Sandkerne im Umgussmaterial positio- niert.

Vorzugsweise befindet sich ein Kanal zum Transport von Kühlfluid im wesentlichen nur auf Höhe des zur Verbrennung von Kraftstoff vorgesehenen Raums der als Laufbuchsen ein- gegossenen Hohlprofile, um eine Kühlung der den hohen Tem- peraturen am stärksten ausgesetzten Bereiche zu bewirken.

Insbesondere ist es bevorzugt, wenn sich ein solcher Kanal im wesentlichen nur auf Höhe des der Zylinderkopfdichtung angrenzenden Endes der als Laufbuchsen eingegossenen Hohl- profile befindet, so dass vor allem der der Zylinderkopf- dichtung angrenzende Bereich gekühlt wird, und ein Druck- kriechen des unmittelbar unter der Zylinderkopfdichtung be- findlichen Materials unterdrückt werden kann.

Erfindungsgemäß können die aus einer Leichtmetall-Legierung mit eingelagerten Hartphasen gebildeten Hohlprofile aus ei- ner gegebenenfalls übereutektischen Aluminium-Silizium- Legierung bestehen. In dieser Legierung werden die eingela- gerten Hartphasen durch das Silizium gebildet. Andere als Hartphasen in der Aluminiummatrix geeignete Elemente können beispielsweise SiC, TiO oder A10 sein.

Der Gehalt von Silizium in der Aluminium-Silizium-Legierung beträgt vorteilhaft 12-40 Gew. -%, bevorzugt 17-30 Gew.-%, und insbesondere bevorzugt 25 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Legierung.

Die als Laufbuchsen einzugießenden Hohlprofile aus Leicht- metall-Legierung mit eingelagerten Hartphasen, beispiels- weise aus einer übereutektischen Aluminium-Silizium- Legierung, werden vorteilhaft durch das Sprühkompaktierver- fahren hergestellt, welches an sich bekannt ist, und hier deshalb nicht näher erläutert werden muss.

Bei dem Material zur Fertigung des den Kühlkanal bildenden Kanalhohlprofils handelt es sich vorteilhaft um gut formba- re Leichtmetall-Legierungen, beispielsweise Aluminiumlegie- rungen, bei welchen auf einen übereutektischen Gehalt von Hartphasen ergebenden Elementen verzichtet werden kann.

Die zum Umgießen der Hohlprofile verwendeten Leichtmetall- Legierung kann eine Aluminium-Silizium-Legierung sein, wel- che aufgrund der besseren Formbarkeit vorteilhaft eine Le- gierung mit einem untereutektischen Gehalt an Silizium ist.

Bestehen auch die Hohlprofile aus einer Aluminium-Silizium- Legierung so weist die zum Umgießen der Hohlprofile verwen- dete Aluminium-Silizium-Legierung vorzugsweise einen gerin- geren Si-Gehalt auf als die für die Hohlprofile verwendete Aluminium-Silizium-Legierung. Beispielsweise kann die Le- gierung der Hohlprofile einen Silizium-Gehalt von 25 Gew.-% aufweisen und diejenige des Umgusses 9 Gew.-%, jeweils be- zogen auf das Gesamtgewicht der Legierung. Wird auch für den Zylinderblock eine Aluminium-Silizium-Legierung verwen- det, so wird im allgemeinen der Silizium-Gehalt dieser Le- gierung noch geringer als in der Legierung des Gussverbunds der Hohlprofile sein, so dass der Si-Gehalt der eingesetz- ten Legierungen, von innen nach außen graduell abnimmt.

Dies trägt in vorteilhafter Weise dazu bei, dass thermische Spannungen aufgrund der Unterschiedlichkeit der eingesetz- ten Legierungen vermindert werden.

In dem erfindungsgemäßen Hohlprofilgussverbund weisen die als Laufbuchsen einzugießenden Hohlprofile vorteilhaft eine Wandstärke im Bereich von 3-8 mm, insbesondere bevorzugt ungefähr 4 mm auf.

Der Gussverbund umfasst vorzugsweise 2,3, 4,5, 6 oder 8 Hohlprofile. Beispielsweise kann ein Gussverbund aus 4 um- gossenen Hohlprofilen in den Zylinderblock eines Vierzylin- der-Reihenmotors, oder in zweifacher Ausfertigung, in den Zylinderblock eines V8-Motors (2 Reihen ä 4 Zylinder) als Laufbuchsen eingegossen werden. In entsprechender Weise kann ein V6-Motor mit zwei einzelnen Gussverbünden aus je- weils 3 umgossenen Hohlprofilen als Laufbuchsen bestückt werden.

Der Hohlprofilgussverbund ist zum genauen und einfachen Po- sitionieren beim Eingießen in einen Zylinderblock bzw. ein Kurbelgehäuse vorteilhaft mit Positionier-bzw. Kennmarken ausgestattet, welche zu diesem Zweck am Gussverbund ange- bracht werden können.

Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zum Her- stellen eines wie vorstehend beschriebenen erfindungsgemä- ßen Gussverbunds aus Hohlprofilen, bei welchem durch die aufeinanderfolgenden Schritte Sprühkompaktieren, Warm- strangpressen und Warmumformen gefertigte zylindrische Hohlprofile mit einer Leichtmetall-Legierung umgossen wer- den. Insbesondere werden hierbei die durch das Sprühkompak- tieren erstellten Bolzen bei einer Temperatur im Bereich von 300-550°C warmstranggepresst und anschließend bei einer Temperatur von 300-450°C rundgeknetet.

Beim herkömmlichen Eingießen separater Hohlprofile als Laufbuchsen in einen Zylinderblock, tritt oftmals das Pro- blem auf, dass die zu dem der Zylinderkopfdichtung angren- zenden Ende fließende Schmelze oftmals bereits soweit er- kaltet ist, dass ein vollständiges Umgießen der Hohlprofile nicht mehr gegeben ist und Buchsenabschnitte frei liegen.

Dies führt dazu, dass derartige schlecht eingegossenen Laufbuchsen während des Betriebs des Verbrennungsmotors zu vibrieren beginnen, wobei sich die Laufbuchse schlimmsten- falls derart lockern kann, dass mit einem Motorausfall zu rechnen ist.

Um dieses Problem zu vermeiden, ist es beim erfindungsgemä- ßen Umgießen der Hohlprofile zu einem Verbund besonders vorteilhaft, wenn die Hohlprofile an dem als eingegossene Laufbuchsen der Zylinderkopfdichtung zugewandten Ende über- gossen werden. Ein schlechtes Umgießen der Hohlprofile durch"kalte"Schmelze ist somit unerheblich, da die Hohl- profile bereits gut eingegossen sind. Das übergossene Mate- rial kann anschließend bei der Fertigstellung des Zylinder- blocks wieder abgearbeitet werden.

Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Eingießen eines wie oben beschriebenen erfindungsgemäßen Gussverbunds von Hohlprofilen, bei welchem der Gussverbund in einer den Zylinderblock formenden Gießform positioniert und mit Leichtmetallwerkstoff umgossen wird. Hierbei wird vorzug- weise das Druckgussverfahren eingesetzt. Vorteilhaft er- folgt die Positionierung des Hohlprofilgussverbunds in der Gießform durch am Hohlprofilverbund angebrachte Positio- niermarken. Wurde der Hohlprofilverbund mit Kanälen verse- hen, so ist es vorteilhaft, wenn in die Kanäle für Schmelze undurchlässige Salz-oder Sandkerne eingebracht werden.

Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei Bezug auf die beigefügte Zeichnung genommen wird. Es zeigt Fig. 1 eine Schnittansicht quer zur Achse der Hohlpro- file eines erfindungsgemäßen Gussverbunds.

In dem in Fig. 1 dargestellten erfindungsgemäßen Gussver- bund sind drei einzelne zylindrische Hohlprofile 1, 2,3 umgossen. Die drei zylindrischen Hohlprofile 1, 2,3 sind unmittelbar an ihren äußeren Umfangsflächen ohne Zwischen- abstand in einer Reihe eingegossen, wobei die Hohlprofi- lachsen einen Abstand entsprechend dem vorgegebenen Zylin- derbohrungsmittenabstand des Zylinderblocks aufweisen.

Die Hohlprofile wurden durch Sprühkompaktieren gefertigt und bestehen aus einer Aluminium-Silizium-Legierung mit ei- nem Silizium-Gehalt von 25 Gew.-%, bezogen auf das Ge- samtgewicht der Legierung. Die Wandstärke der Hohlprofile beträgt 4 mm.

Die Hohlprofile 1, 2, 3 sind in einem Umguss 4 aus einer gut gießfähigen Aluminium-Silizium-Legierung mit einem Si- lizium-Gehalt von 9 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Legierung, eingegossen. Die minimale Dicke des Umgusses beträgt wenigstens 2 mm.

Am Gussverbund sind Positionierungsmarken 5 zum Eingießen des Gussverbunds in ein Zylinderblock angebracht.

Der Verbund aus drei Hohlprofilen ist in zweifacher Ausfer- tigung beispielsweise zum Eingießen als Laufbuchsen für ei- nen V6-Motor geeignet (2 Reihen ä 3 Zylinder).