MENZL KARL-HEINZ (DE)
KS ALUMINIUM TECHNOLOGIE AG (DE)
RATZI RAIMUND (AT)
MENZL KARL HEINZ (DE)
WO1995031637A1 | 1995-11-23 |
EP0363159A2 | 1990-04-11 | |||
US5816710A | 1998-10-06 | |||
EP0145393A2 | 1985-06-19 | |||
US5449421A | 1995-09-12 | |||
US5203854A | 1993-04-20 |
1. | Formteil aus Leichtmetall, insbesondere Kurbelgehäuse für einen Ver brennungsmotor, mit Aufnahmeöffnungen für Befestigungsschrauben, mit deren Hilfe auf den Formkörper in einem Leichtmetallbereich Druckspannungen ausübbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß im den Druckspannungen ausge setzten Leichtmetallbereich wenigstens ein offenporiger Sinterkörper (7) unter einer Infiltration des Leichtmetalls zumindest in die Poren einer Oberflächen schicht eingegossen ist und daß der einen geringeren Wärmeausdehnungs koeffizienten als das Leichtmetall aufweisende Sinterkörper (7) zumindest zusammen mit dem infiltrierten Leichtmetall eine wenigstens der Leichtmetall festigkeit entsprechende Festigkeit aufweist. |
2. | Formteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sinterkörper (7) einen an die Befestigungsschrauben (6) angepaßten Wärmedehnungskoeffi zienten aufweist. |
3. | Formteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sinterkörper (7) im Kernbereich eine höhere Dichte als im Oberflächenbereich aufweist. |
4. | Formteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sinterkörper (7) eine Armierung aufweist. |
[0002] Da Formteile aus Leichtmetall im Vergleich zu üblichen stählernen Befestigungsschrauben ein unterschiedliches Wärmedehnungsverhalten zeigen, ändern sich die Spannungsverhältnisse aufgrund von Druckkräften, die mit Hilfe von stählernen Befestigungsschrauben auf Formkörper aus Leichtmetall ausge- übt werden, mit der Temperatur, was sich beispielsweise durch eine erhebliche Verringerung der Klemmkräfte bemerkbar machen kann. Um bei Lagerstühlen von Kurbelgehäusen aus Leichtmetall eine übermäßige Vergrößerung des Lagerspiels bei höheren Betriebstemperaturen zu vermeiden, ist es bekannt (US 5 203 854 A), die Kurbelwellenlager mit den Lagerschrauben in Graugußein- sätzen zu lagern, die in die Lagerwände eingegossen sind. Damit bestimmen die einen erheblichen Teil der Lagerwände bildenden Graugußeinsätze und nicht die anschießenden Leichtmetallbereiche der Lagerwände das Dehnungsverhalten, so daß im Bereich der Kurbelwellenlager und ihrer Verschraubung weitgehend
einheitliche Wärmedehnungsverhältnisse zu erwarten sind, was sich vorteilhaft auf das Lagerspiel bzw. die Festigkeit der Schraubverbindung auswirkt. Nach- teilig bei diesen bekannten Kurbelgehäusen ist allerdings unter anderem, daß wegen des die Schraubenkräfte aufnehmenden Graugußeinsatzes und der damit verbundenen geometrischen Abmessungen dieser Einsätze der Gewichtsvorteil der Leichtmetailwände zu einem erheblichen Teil aufgehoben wird.
[0003] Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Formteil aus Leichtmetall, insbesondere ein Kurbelgehäuse für einen Verbrennungsmotor, der eingangs geschilderten Art so auszugestalten, daß trotz des unterschiedlichen Wärmedehnungsverhaltens des Leichtmetalls und der Befestigungsschrauben vorteilhafte Befestigungsbedingungen geschaffen werden können, und zwar unter einer weitgehenden Ausnützung der Gewichtsvorteile des Leichtmetalls.
[0004] Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß im den Druck- spannungen ausgesetzten Leichtmetallbereich wenigstens ein offenporiger Sinterkörper unter einer Infiltration des Leichtmetalls zumindest in die Poren einer Oberflächenschicht eingegossen ist und daß der einen geringeren Wärme- ausdehnungskoeffizienten als das Leichtmetall aufweisende Sinterkörper zu- mindest zusammen mit dem infiltrierten Leichtmetall eine wenigstens der Leicht- metallfestigkeit entsprechende Festigkeit aufweist.
[0005] Ein Sinterkörper, dessen Wärmedehnungskoeffizient kleiner als der des Leichtmetalls ist, vermag das Wärmedehnungsverhalten des Leichtmetalls unter der Voraussetzung zu ändern, daß der Sinterkörper mit dem Leichtmetall schubfest verbunden ist und der Verbund eine wenigstens der Leichtmetall- festigkeit entsprechende Festigkeit aufweist, so daß das Leichtmetall an einer freien Wärmedehnung im Bereich des Sinterkörpers gehindert wird. Die schub- feste Verbindung zwischen dem Leichtmetall und dem Sinterkörper wird dadurch erreicht, daß beim Gießen des Formteils vorzugsweise in einem Druckgußver- fahren die Leichtmetallschmelze zumindest in die Poren einer Oberflächen- schicht des Sinterkörpers infiltriert. Dadurch können sich beim fertigen Formteil
im Übergangsbereich vom Leichtmetall zum Sinterkörper ausreichend große Schubspannungen aufbauen, um eine Relativbewegung zwischen dem Sinter- körper und dem Leichtmetall zu unterbinden. Die Sinterkörper, die entsprechend den jeweiligen Belastungsanforderungen des Formteiles eingesetzt werden können, können dabei vergleichsweise kleine Abmessungen erhalten, so daß die mit diesen Sinterkörpern verbundene Gewichtserhöhung beschränkt bleibt, zumal die geforderte Porosität der Sinterkörper eine Gewichtsverminderung im Vergleich zu nicht gesinterten Einsätzen mit sich bringt. Da die Festigkeit des Sinterkörpers mit einer Infiltration des Leichtmetalls ansteigt, kann unter Um- ständen der Sinterkörper ohne infiltriertem Leichtmetall eine geringere Festigkeit als das Leichtmetall aufweisen und trotzdem den Festigkeitsanforderungen in bezug auf eine Begrenzung der freien Ausdehnbarkeit des Leichtmetalls genü- gen, wenn der mit Leichtmetall infiltrierte Sinterkörper die hiefür erforderliche Festigkeit aufweist.
[0006] Besonders vorteilhafte Konstruktionsbedingungen können dadurch erreicht werden, daß der Sinterkörper einen an die Befestigungsschrauben angepaßten Wärmedehnungskoeffizienten aufweist, so daß sich hinsichtlich der Festigkeit der Schraubverbindung mit Verschraubungen von Stahlteilen ver- gleichbare Verhältnisse ergeben.
[0007] Da es vor allem um eine schubfeste Verbindung zwischen dem Sinter- körper und dem Leichtmetall durch eine Infiltration des Leichtmetalles in die Poren des Sinterkörpers geht, kann der Sinterkörper im Kernbereich eine höhere Dichte als im Oberflächenbereich aufweisen. Damit wird einerseits die Infiltration des Leichtmetalls in die Poren der Oberflächenschicht erleichtert und anderseits eine höhere Festigkeit der Sinterkörper erreicht. Die Festigkeit der eingegosse- nen Sinterkörper kann aber auch durch Armierungen verbessert werden. Diese Armierungen dürfen selbstverständlich die Infiltrierbarkeit des Sinterkörpers bei seinem Umgießen mit dem Leichtmetall nicht nachhaltig beeinträchtigen.
[0008] In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise darge- stellt. Es zeigen Fig. 1 das Gehäuseunterteil eines erfindungsgemäßen Kurbelgehäuses aus- schnittsweise in einem vereinfachten Schaubild und Fig. 2 dieses Gehäuseunterteil in einem Querschnitt durch eine Lagerwand.
[0009] Das dargestellte Gehäuseunterteil eines erfindungsgemäßen Kurbelge- häuses aus Leichtmetall weist in herkömmlicher Weise der Länge nach ver- laufende Gehäuseaußenwände 1 und diese Gehäuseaußenwände 1 verbinden- de, dazu quer ausgerichtete Lagerwände 2 auf, die von der Trennfläche 3 zum Gehäuseoberteil ausgehende, im Querschnitt halbkreisförmige Aufnahmen 4 für die Lagerschalen der Kurbelwellenlager bilden. Beidseits dieser Aufnahmen 4 sind in die Lagerwände 2 gebohrte Aufnahmeöffnungen 5 für Befestigungs- schrauben 6 vorgesehen, über die die Lagerkräfte in die Lagerwände 2 abgetra- gen werden. Im Bereich der Aufnahmeöffnungen 5 sind in das Leichtmetall der Lagerwände 2 Sinterkörper 7 eingegossen, die eine ausreichende Porosität auf- weisen, um eine Infiltration des Leichtmetalls in die Poren zumindest einer Ober- flächenschicht zu ermöglichen. Diese Leichtmetallinfiltration der Sinterkörper 7 ist durch die in die Sinterkörper 7 hineinreichende Schraffur der Lagerwände 2 aus Leichtmetall in der Fig. 2 angedeutet. Zur Gewichtseinsparung können die Sinterkörper 7 mit Ausnehmungen 8 versehen sein.
[0010] Aufgrund der Infiltration der Sinterkörper 7 können die durch das unter- schiedliche Wärmedehnungsverhalten des Leichtmetalls und der Sinterkörper auftretenden Schubspannungen vom Leichtmetall auf die Sinterkörper abgetra- gen werden, wodurch eine Relativbewegung zwischen dem Leichtmetall und den Sinterkörpern 7 verhindert wird. Die Lagerwände 2 aus Leichtmetall gleichen sich demnach zumindest im Bereich der Sinterkörper 7 an deren Wärmedeh- nungsverhalten an, wenn für eine ausreichende Festigkeit der Sinterkörper 7 gesorgt wird. Dies bedeutet, daß beispielsweise bei einer geforderten Anpas- sung des Wärmedehnungsverhaltens der Lagerwände 2 an das Wärmedeh- nungsverhalten der Befestigungsschrauben 6 die Sinterkörper 7 ein entspre-
chendes Wärmedehnungsverhalten aufweisen müssen, um das Wärmedeh- nungsverhalten der Lagerwände 2 zu begrenzen.
[0011] Um das Infiltrieren der Sinterkörper 7 mit dem Leichtmetall beim Gießen der Lagerwände 2 zu erleichtern, ist für eine entsprechende Porosität der Sinterkörper 7 zu sorgen, was beispielsweise durch eine entsprechende Wahl der Korngröße des Sinterpulvers und deren Verteilung oder durch die späteren Poren bestimmende Platzhalter ohne weiteres sichergestellt werden kann.
Außerdem können die Sinterkörper 7 Legierungselemente, beispielsweise Nickel, enthalten, die mit dem Leichtmetall exotherm reagieren und damit die Viskosität der Schmelze herabsetzen. Die Sinterkörper können zur Sicherstel- lung einer ausreichenden Festigkeit auch eine Armierung aufweisen, die ge- meinsam mit dem Sinterpulver verpreßt wird und beispielsweise aus einem Drahtgitter oder Verstärkungsfasern besteht.
[0012] Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf das dargestellte Ausfüh- rungsbeispiel beschränkt und kann überall dort eingesetzt werden, wo es gilt, Kräfte über Befestigungsschrauben in einen Formteil aus Leichtmetall bei unterschiedlichen Wärmebelastungen einzuleiten. Die Sinterkörper 7 können gemäß dem Ausführungsbeispiel neben den Aufnahmeöffnungen 5 für die Befestigungsschrauben 6 angeordnet sein, aber auch von den Befestigungs- schrauben 6 durchsetzt werden. Es kommt lediglich darauf an, daß der durch die Befestigungsschrauben 6 unter Druckspannung gehaltene Leichtmetall- bereich des Formkörpers an seinem freien Wärmedehnungsverhalten gehindert wird.
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