DE102007060502B4

DE102007060502B4 - Method for producing a cylinder crankcase

Info

Publication number: DE102007060502B4
Application number: DE200710060502
Authority: DE
Inventors: Erik Dipl.-Ing. Graf (BA); Guido Dipl.-Ing. Söll
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2007-10-31
Filing date: 2007-10-31
Publication date: 2009-09-10
Anticipated expiration: 2027-11-01
Also published as: WO2009056244A1; DE102007060502A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses (4) einer Brennkraftmaschine, aufweisend einen ersten Verfahrensschritt zur Herstellung von Zylinderlaufbuchsen (2) oder eines Zylinderliners (2) und einen nachfolgenden, zweiten Verfahrensschritt zum Umgießen der Zylinderlaufbuchsen (2) oder des Zylinderliners (2) in einem Gießverfahren mit einer Leichtmetallschmelze zur Darstellung des Zylinderkurbelgehäuses (4), dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Zylinderlaufbuchsen (2) oder der Zylinderliner (2) vor dem Umgießen mit einer äußeren, zumindest in Teilbereichen umfänglichen Verstärkungsstruktur (1) umgeben werden, wobei die Verstärkungsstruktur (1) zumindest teilweise an einem Gießwerkzeugelement (5) zur Bildung eines Wassermantels angeordnet wird.Method for producing a cylinder crankcase (4) of an internal combustion engine, comprising a first method step for producing cylinder liners (2) or a cylinder liner (2) and a subsequent, second method step for encapsulating the cylinder liners (2) or the cylinder liner (2) in a casting process with a light metal melt for the representation of the cylinder crankcase (4), characterized in that the individual cylinder liners (2) or the cylinder liner (2) are surrounded prior to encapsulation with an outer reinforcing structure (1) at least in partial regions, wherein the reinforcing structure (1 ) is at least partially disposed on a Gießwerkzeugelement (5) to form a water jacket.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses nach Anspruch 1 sowie einen Salzkern nach Anspruch 13.The The invention relates to a method for producing a cylinder crankcase Claim 1 and a salt core according to claim 13.

Zylinderkurbelgehäuse in modernen Verbrennungsmotoren sind hohen mechanischen und thermischen Belastungen ausgesetzt. Aufgrund der mechanischen Belastungen ist bei Leichtmetallmotoren für die Zylinderlaufbahnen in der Regel ein verschleißfesterer Werkstoff vorgesehen als für das restliche Kurbelgehäuse. Es sind Konzepte bekannt, bei denen Zylinderliner aus Grauguss, warmfesten Al-Legierungen, wie beispielsweise übereutektischen Al/Si-Legierungen oder faserverstärkten Al-Legierungen bestehen und in Zylinderkurbelgehäuse aus kostengünstigen untereutektischen Al-Legierungen oder Mg-Legierungen eingegossen sind.Cylinder crankcase in modern Internal combustion engines are subject to high mechanical and thermal loads exposed. Due to the mechanical loads is in light alloy engines for the Cylinder tracks usually provided a more wear-resistant material as for the remaining crankcase. Concepts are known in which cylinder liners made of gray cast iron, heat-resistant Al alloys, such as hypereutectic Al / Si alloys or fiber reinforced Al alloys exist and cost-effective in cylinder crankcases casted hypoeutectic Al alloys or Mg alloys are.

Aus der DE 10 2004 005 458 B4 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Zylinderblocks bekannt, bei dem eine mit einem Draht umwickelte Buchse in einer Zylinderblock eingegossen wird. Darauf folgend wird die Buchse durch eine mechanische Bearbeitung abgetragen und die freigelegte, eingegossene Umwicklung bildet die Lauffläche eines Zylinderrohres. Problematisch erscheint dabei allerdings, dass die gebildete Lauffläche, an deren Oberfläche einzelne, eingegossene Wicklungen durch die mechanische Bearbeitung freigelegt werden, inhomogene tribologische Eigenschaften aufweist. Gleichzeitig wird das Problem höherer Aufladungen von Motoren, d. h. höherer mechanischer Druckbelastungen in den Zylinderrohren, nicht betrachtet.From the DE 10 2004 005 458 B4 For example, there is known a method of manufacturing a cylinder block in which a sleeve wrapped with a wire is poured into a cylinder block. Subsequently, the bushing is removed by a mechanical processing and the exposed, molded wrapper forms the tread of a cylinder tube. However, it seems problematic here that the tread formed, on the surface of which individual, cast-in windings are exposed by mechanical processing, has inhomogeneous tribological properties. At the same time, the problem of higher engine charges, ie higher mechanical pressure loads in the cylinder tubes, is not considered.

Weiterer Stand der Technik ist der DE 38 31 084 C2 zu entnehmen, welche einen faservertärkten Leichtmetall-Zylinder für Hubkolbenmaschinen offenbart.Further prior art is the DE 38 31 084 C2 which discloses a fiber-reinforced light metal cylinder for reciprocating engines.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses bereitzustellen, durch das höhere ertragbare Drücke im Verbrennungsraum von Brennkraftmaschinen, d. h. in den einzelnen Zylinderrohren, ermöglicht werden.task The present invention is a process for the preparation a cylinder crankcase to provide, by the higher sustainable pressures in the combustion chamber of internal combustion engines, d. H. in each of Cylinder tubes, allows become.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses einer Brennkraftmaschine, aufweisend mindestens einen ersten Verfahrensschritt zur Herstellung von Zylinderlaufbuchsen oder eines Zylinderliners und einen nachfolgenden, zweiten Verfahrensschritt zum Umgießen der Zylinderlaufbuchsen oder des Zylinderliners in einem Gießverfahren mit einer Leichtmetallschmelze zur Darstellung des Zylinderkurbelgehäuses, wobei die einzelnen Zylinderlaufbuchsen oder der Zylinderliner vor dem Umgießen mit einer äußeren, zumindest in Teilbereichen umfänglichen Verstärkungsstruktur umgeben werden und wobei zumindest die Verstärkungsstruktur zumindest teilweise an einem Gießwerkzeugelement zur Bildung eines Wassermantels angeordnet wird.These The object is achieved by a method for producing a cylinder crankcase a Internal combustion engine, comprising at least a first method step for the production of cylinder liners or a cylinder liner and a subsequent, second method step for encapsulating the Cylinder liners or the cylinder liner in a casting process with a light metal melt to represent the cylinder crankcase, wherein the individual cylinder liners or the cylinder liner before recast with an outer, at least in some areas reinforcing structure be surrounded and wherein at least the reinforcing structure at least partially on a casting tool element for Forming a water jacket is arranged.

Unter Zylinderlinern wird hierbei das Halbzeug zum Einsetzen in ein Gießwerkzeug verstanden. Der Zylinderliner stellt den Bereich der Zylinderbohrung, d. h. des Brennraums, dar und umfasst hierbei mehrere aneinander gereihte Zylinderbohrungen gegebenenfalls mit Zylinderlaufbuchsen. Des Weiteren umfasst der Zylinderliner die Stege zwischen den Zylinderbohrungen und optional ist ein Wassermantel in geschlossenener („closed deck”) oder offener („open deck”) Bauart ausgestaltet. Der Zylinderliner bzw. die Zylinderlaufbuchsen sind im Allgemeinen aus einer warmfesten und zugleich höherfesten, übereutektischen Al-Legierung, insbesondere einer Al/Si-Legierung ausgestaltet. Zur Reduzierung des Gewichts des Zylinderkurbelgehäuses und aus wirtschaftlichen Gründen, wird das Gehäuse meist aus einer kostengünstigeren, untereutektischen Al-Legierung, insbesondere einer Al/Si-Legierung, oder aber auch aus einer Magnesiumlegierung hergestellt.Under Cylinder liner here is the semi-finished for insertion into a casting tool Understood. The cylinder liner represents the area of the cylinder bore, d. H. of the combustion chamber, and in this case comprises several together lined cylinder bores optionally with cylinder liners. Furthermore, the cylinder liner comprises the webs between the cylinder bores and optionally a water jacket is in closed ("closed deck") or more open ("open deck") Type designed. The cylinder liner or the cylinder liners are generally made of a heat-resistant and at the same time higher-strength, hypereutectic Al alloy, in particular an Al / Si alloy designed. To reduce the weight of the cylinder crankcase and economic Establish, becomes the case mostly from a cheaper, hypoeutectic Al alloy, in particular an Al / Si alloy, or else Made of a magnesium alloy.

Der Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass die armierend wirkende Verstärkungsstruktur eine wesentlich höhere Druckbelastung im Brennraum eines Zylinderkurbelgehäuses ermöglicht. D. h., dass im Vergleich zu konventionellen Zylinderkurbelgehäusen ein erfindungsgemäßes Zylinderkurbelgehäuse für eine wesentlich höhere mechanische und auch thermische Belastung des Motors im Betriebszustand geeignet ist, da die Verstärkungsstruktur vorteilhafterweise Festigkeit steigernd wirkt und durch geeignete Ausgestaltung auf den Anwendungsfall anpassbar ist.Of the Advantage of this embodiment is that the reinforcing structure acting reinforcing arm a much higher one Pressure load in the combustion chamber of a cylinder crankcase allows. This means that in comparison to conventional cylinder crankcases a Inventive cylinder crankcase for a much higher mechanical and also thermal load of the motor in operating condition is suitable because the reinforcing structure advantageously increases strength and by suitable Design is adaptable to the application.

Zur Kühlung verläuft um die Zylinderlaufbuchsen bzw. den Zylinderliner in der Regel ein Wassermantel, der zur Kühlung, insbesondere der Zylinderlaufbahn, dient. Dieser Wassermantel ist bei Kurbelgehäusen, die in einem Druckgießverfahren hergestellt werden, häufig zylinderkopfseitig offen, so dass eine „open deck”-Bauweise entsteht. Der zylinderkopfseitig offene Wassermantel resultiert daher, dass im metallischen Druckgießwerkzeug bewegliche Schieber als Gießwerkzeugelement eingesetzt werden, die nach dem Gießen den Wassermantel im Kurbelgehäuse abbilden. Die Schieber müssen vor dem Öffnen des Kurbelgehäuses herausgezogen werden, weshalb keine Hinterschneidungen dem Herausziehen entgegenstehen dürfen. Der offene Wassermantel führt zu einer Begrenzung der mechanischen Belastbarkeit der Motoren, da in diesem Bereich keine Stützwirkung der Zylinderlaufbuchsen bzw. des Zylinderliners vorliegt. Besser sind daher „closed deck”-Bauweisen, die einen zumindest teilweise geschlossenen Wassermantel aufweisen, wodurch eine Stützwirkung realisiert wird. Gießtechnisch sind derartige „closed deck” Kurbelgehäuse nur sehr schwierig darstellbar.For cooling, a water jacket, which serves for cooling, in particular the cylinder bore, generally runs around the cylinder liners or the cylinder liners. This water jacket is often open on the cylinder head side in the case of crankcases produced in a pressure casting process, so that an "open deck" construction is created. The water jacket that is open on the cylinder head side therefore results in movable slides being used as a casting tool element in the metal die casting tool, which after casting reflect the water jacket in the crankcase. The slides must be pulled out before opening the crankcase, which is why no undercuts may prevent it from being pulled out. The open water jacket leads to a limitation of the mechanical load capacity of the engines, since there is no supporting effect of the cylinder liners or the cylinder liners in this area. Better are therefore "closed deck" construction methods, which have an at least partially closed water jacket, whereby a support effect is realized. Gießtech Typical such "closed deck" crankcase are very difficult to represent.

Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens entsteht dabei bei der Herstellung von „closed deck”-Bauweisen. Dabei wird die Verstärkungsstruktur in einen Salzkern, welcher als Gießwerkzeugelement den zuvor beschriebenen Hohlraum für einen Wassermantel bildet, angeordnet und gelagert. Der Vorteil dabei ist, dass so auch die Ausgestaltung einer Verstärkungsstruktur zur Festigkeitssteigerung in einem Zylinderkurbelgehäuse in „closed deck”-Bauweise realisierbar ist und so die Vorteile beider Ausgestaltungen kombiniert werden. Die Anordnung und die Lagerung der Verstärkungsstruktur erfolgt dabei mittels einfach an der Verstärkungsstruktur auszubildender kleiner Hinterschneidungen an der Verstärkungsstruktur. Bei der Herstellung eines Salzkerns wird dazu die Verstärkungsstruktur im Kernherstellungswerkzeug positioniert und bei der Ausformung des Salzkerns wird eine Art Verklammerung der Verstärkungsstruktur mit dem Salzkern ausgebildet.One Advantage of the method according to the invention arises during the production of "closed deck" construction methods. Thereby the reinforcement structure becomes in a salt core, which as Gießwerkzeugelement the previously described cavity for forms a water jacket, arranged and stored. The advantage It is the case that the design of a reinforcing structure is the same for increasing the strength in a cylinder crankcase in "closed deck "construction is feasible and so combines the advantages of both embodiments become. The arrangement and the storage of the reinforcing structure takes place by means of easy on the reinforcing structure Apprentice small undercuts on the reinforcing structure. In the production of a salt core, this becomes the reinforcing structure positioned in the core making tool and in the forming of the Salt core is a kind of bracing of the reinforcing structure with the salt core educated.

In analoger Weise ist alternativ die Anordnung einer Verstärkungsstruktur zur Festigkeitssteigerung auch an einem Schieber als Gießwerkzeugelement eines Gusswerkzeugs anwendbar. Somit wird auch für eine „open deck”-Bauweise die vorteilhafte Ausgestaltung einer Verstärkungsstruktur realisierbar. Allerdings ist dabei zu beachten, dass keinerlei Hinterschneidungen bei der Anordnung der Verstärkungsstruktur am Schieberelement in Bezug auf die Bewegungsrichtung des Schieberelements auftreten.In analogous way is alternatively the arrangement of a reinforcing structure to increase the strength of a slider as a casting tool element a casting tool applicable. Thus, the advantageous embodiment is also for an "open deck" construction a reinforcing structure realizable. However, it should be noted that no undercuts in the arrangement of the reinforcing structure on the slider element with respect to the direction of movement of the slider element occur.

Für beide alternativen Ausgestaltungen ergeben sich die zuvor und im Folgenden beschriebenen Vorteile einer Festigkeitssteigernden Verstärkungsstruktur in analoger Weise.For both Alternative embodiments will be apparent from the preceding and following described benefits of a strength-enhancing reinforcing structure in an analogous way.

Als Verstärkungsstruktur ist beispielsweise eine infiltrierbare Struktur, vorzugsweise offenporige Schaumstruktur, einsetzbar, welche beim Eingießen von vorzugsweise einer kostengünstigen untereutektischen Al/Si-Legierungen oder Mg-Legierungen infiltriert wird und nach dem Erstarren der Schmelze eine höhere Zug- und/oder Druckfestigkeit aufweist als der ursprüngliche Gusswerkstoff. Die Ursache für die gesteigerte Festigkeit liegt in einer formschlüssigen und/oder stoffschlüssigen Verbindung, welche sich vorteilhaft beim Eingießen der Verstärkungsstruktur ergibt. Vorteilhafterweise weist die infiltrierbare Struktur dabei zumindest teilweise keramische Anteile auf, beispielsweise auf Basis von Aluminiumoxid, Titanoxid oder Zirkonoxid. Eine derartige Verstärkungsstruktur gewährleistet eine gute Infiltrierbarkeit und Anbindung beim Eingießen, insbesondere auch die Infiltrierbarkeit mit einer der zuvor bezeichneten Leichtmetalllegierungen, und führt zu einer gewünschten Festigkeitssteigerung des Zylinderkurbelgehäuses.When reinforcing structure is, for example, an infiltratable structure, preferably an open-pore foam structure, can be used, which when pouring preferably a low cost hypoeutectic Al / Si alloys or Mg-alloys is infiltrated and after the solidification of the Melt a higher one Tensile and / or compressive strength than the original Cast material. The cause of the increased strength lies in a form-fitting and / or cohesive Compound, which results in advantageous when pouring the reinforcing structure. Advantageously, the infiltratable structure at least partial ceramic fractions, for example based on aluminum oxide, Titanium oxide or zirconium oxide. Such a reinforcing structure ensures a good infiltration and connection during pouring, in particular also the infiltrability with one of the previously described light metal alloys, and leads to a desired Increasing the strength of the cylinder crankcase.

Als eine infiltrierbare Struktur sind insbesondere auch infiltrierbare Faserstrukturen einsetzbar, welche in analoger Weise zu dem zuvor Beschriebenen ausgestaltet werden, vorzugsweise ebenfalls aufweisend zumindest teilweise keramische Anteile, insbesondere auf Basis von Aluminiumoxidfasern oder Borfasern. Bei der Verwendung von Kurzfasern ist die Verstärkungsstruktur als ein Presskörper herstellbar. Beim Eingießen werden die Faserstrukturen von der Schmelze infiltriert und die bereits beschriebenen Vorteile und Eigenschaften ergeben sich in analoger Weise.When an infiltratable structure are especially infiltratable Fiber structures can be used, which in an analogous manner to the previously Be described configured, preferably also having at least partially ceramic components, in particular based on Alumina fibers or boron fibers. When using short fibers is the reinforcing structure as a compact produced. When pouring The fiber structures are infiltrated by the melt and the already described advantages and properties arise in analogous Wise.

Je nach Anwendungsfall ist es vorteilhaft, die Form und Größe der infiltrierbaren Verstärkungsstruktur an den Belastungszustand im Zylinderkurbelgehäuse im Betriebszustand anzupassen. Gleichfalls erscheint es sinnvoll auch aus Gründen der wirtschaftlichen Herstellbarkeit und Verarbeitung die Form und Größe der infiltrierbaren Verstärkungsstruktur zu optimieren. Beispielsweise kann die infiltrierbare Verstärkungsstruktur dabei die Form eines Gitters aufweisen, welches die einzelnen Zylinderlaufbuchsen oder den Zylinderliner zumindest in Teilbereichen umgibt, oder alternativ auch als ringförmige oder spiralförmige Struktur um die einzelnen Zylinderlaufbuchsen oder den Zylinderliner angeordnet sein.ever After use, it is advantageous to change the shape and size of the infiltratable reinforcing structure to adapt to the load condition in the cylinder crankcase in the operating state. Likewise, it also makes sense for reasons of economic manufacturability and processing the shape and size of the infiltratable reinforcing structure to optimize. For example, the infiltratable reinforcing structure have the form of a grid, which the individual cylinder liners or surrounds the cylinder liner at least in partial areas, or alternatively also as a ring-shaped or spiral Structure around the individual cylinder liners or the cylinder liner be arranged.

Wesentlich ist, dass die infiltrierbare Verstärkungsstruktur beim Eingießen zumindest teilweise vom Gussmetall infiltriert und durchdrungen wird. Dies ist für die thermische Leitfähigkeit des Zylinderkurbelgehäuses wesentlich, damit die im Betriebszustand im Brennraum entstehenden Temperaturen prozesssicher von den Zylindern nach außen geleitet werden. Die im Zylinderkurbelgehäuse verwendeten Leichtmetalllegierungen weisen dabei in der Regel eine weitaus bessere Wärmeleitfähigkeit auf als die Materialien der Verstärkungsstruktur. Weiterhin wird durch die Durchdringung der Verstärkungsstruktur die Anbindung an das Gussmetall verbessert und somit die Festigkeit vorteilhaft erhöht.Essential is that the infiltratable reinforcing structure at least when pouring partially infiltrated and penetrated by the cast metal. This is for the thermal conductivity of the cylinder crankcase essential, so that the resulting in the operating state in the combustion chamber Temperatures are reliably discharged from the cylinders to the outside. The in the cylinder crankcase used light metal alloys usually have one much better thermal conductivity on as the materials of the reinforcing structure. Furthermore, by the penetration of the reinforcing structure the Connection to the cast metal improves and thus the strength advantageously increased.

Als Alternative zu den beschriebenen infiltrierbaren Verstärkungsstrukturen ist es auch möglich metallische Verstärkungsstrukturen, beispielsweise in Form von Ring- oder Spiralelementen und vorzugsweise in Form von Metallgittern oder Lochblechmanschetten, welche ebenfalls die einzelnen Zylinderlaufbuchsen oder den Zylinderliner zumindest in Teilbereichen umgeben, in das Zylinderkurbelgehäuse einzugießen. Die bereits beschriebenen Vorteile insbesondere der Festigkeitssteigerung ergeben sich dabei in analoger Weise. Die Festigkeitssteigerung resultiert dabei im Wesentlichen aus einem Formschluss der metallischen Verstärkungsstruktur mit der Metallschmelze beim Eingießen. Vorteilhaft erscheinen für den Einsatz als metallische Verstärkungsstrukturen insbesondere Stahl- oder Titanlegierungen, sowohl in gewalzter Blechform als auch als Gusskörper, da sie zu einer wesentlichen Erhöhung der Festigkeitseigenschaften im Zylinderkurbelgehäuse führen. Darüber hinaus sind allerdings auch alle weiteren Metalllegierungen prinzipiell einsetzbar, beispielsweise hochfeste Eisenlegierungen, insbesondere durch geeignete Vorbehandlung wie beispielsweise Beschichten, wodurch die Anbindung beim Eingießen verbessert wird. Bei Stahlstrukturen kann durch geeignete Maßnahmen, wie beispielsweise eine Zinnbeschichtung der metallischen Verstärkungsstruktur, insbesondere ein galvanisches Beschichten, eine verbesserte Anbindung der Verstärkungsstruktur beim Eingießen realisiert werden, wodurch die Festigkeitssteigernde Wirkung der Verstärkungsstruktur nochmals erhöht wird. Gleichzeitig wird allgemein durch eine verbesserte Anbindung auch die thermische Leitfähigkeit der Verbindung verbessert, wodurch im Betriebszustand die im Brennraum entstehenden Temperaturen prozesssicher von den Zylindern nach außen geleitet werden.As an alternative to the described infiltratable reinforcing structures, it is also possible metallic reinforcing structures, for example in the form of annular or spiral elements and preferably in the form of metal mesh or perforated plate cuffs, which also surround the individual cylinder liners or the cylinder liner at least in partial areas, pour into the cylinder crankcase. The advantages already described in particular the increase in strength arise in an analogous manner. The increase in strength results essentially from a positive connection of the metallic reinforcement structure with the molten metal during pouring. Particularly advantageous for use as metallic reinforcing structures are steel or titanium alloys ments, both in rolled sheet form and as a cast body, since they lead to a substantial increase in the strength properties in the cylinder crankcase. In addition, however, all other metal alloys are in principle applicable, for example, high-strength iron alloys, in particular by suitable pretreatment such as coating, whereby the connection is improved during pouring. In the case of steel structures, by suitable measures, such as, for example, a tin coating of the metallic reinforcing structure, in particular a galvanic coating, an improved connection of the reinforcing structure during pouring can be realized, whereby the strength-increasing effect of the reinforcing structure is increased again. At the same time, the thermal conductivity of the connection is generally improved by an improved connection, whereby the temperatures arising in the combustion chamber are reliably discharged from the cylinders to the outside in the operating state.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:Further Advantages, features and details of the invention will become apparent the following description of a preferred embodiment as well as from the drawings; these show in:

1 eine schematische Perspektivansicht auf eine, mit einer Lochblechmanschette (1) verstärkte Zylinderlaufbuchse (2) 1 1 is a schematic perspective view of a, with a perforated metal sleeve ( 1 ) reinforced cylinder liner ( 2 )

2 eine schematische Schnittansicht durch eine Zylinderbohrung (3) eines Zylinderkurbelgehäuses (4) einer mittels einer Lochblechmanschette (1) gemäß 1 verstärkten, umgossenen Zylinderlaufbuchse (2) 2 a schematic sectional view through a cylinder bore ( 3 ) of a cylinder crankcase ( 4 ) one by means of a perforated plate cuff ( 1 ) according to 1 reinforced, recast cylinder liner ( 2 )

3 eine schematische Schnittansicht durch eine Zylinderbohrung (3) eines Zylinderkurbelgehäuses (4) einer mittels einer Lochblechmanschette (1) verstärkten Zylinderbohrung (3) 3 a schematic sectional view through a cylinder bore ( 3 ) of a cylinder crankcase ( 4 ) one by means of a perforated plate cuff ( 1 ) reinforced cylinder bore ( 3 )

In einem ersten Verfahrensschritt zur Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses (4) werden in einem separaten Herstellungsprozess vier Zylinderlaufbuchsen (2) aus einer hochfesten, übereutektischen Al/Si-Legierung hergestellt. Anschließend werden diese jeweils gemäß 1 mit einer Lochblechmanschette (1) aus Stahlblech mit einer Dicke von 1,0 mm, in Form eines Zylinderrohres, versehen. Die Lochblechmanschette (1) wird auf die Zylinderlaufbuchse (2) aufgeschrumpft, wodurch eine stabilisierend wirkende Vorspannung auf die Zylinderlaufbuchse (2) aufgebracht wird. Durch diese Armierung (1) wird der später im Betriebszustand des Zylinderkurbelgehäuses (4) ertragbare Druck in den Zylinderlaufbuchsen (2) signifikant erhöht und gleichzeitig werden die Laufbahnverformungen infolge der hohen Druckbelastung vorteilhaft reduziert.In a first method step for producing a cylinder crankcase ( 4 ), four cylinder liners ( 2 ) made of a high-strength, hypereutectic Al / Si alloy. Subsequently, these are respectively according to 1 with a perforated metal sleeve ( 1 ) made of sheet steel with a thickness of 1.0 mm, in the form of a cylinder tube provided. The perforated plate cuff ( 1 ) is applied to the cylinder liner ( 2 ) shrunk, whereby a stabilizing bias on the cylinder liner ( 2 ) is applied. Through this reinforcement ( 1 ) is the later in the operating condition of the cylinder crankcase ( 4 ) sustainable pressure in the cylinder liners ( 2 ) significantly increased and at the same time the track deformations are advantageously reduced due to the high pressure load.

Das Zylinderkurbelgehäuse (4) ist zur weiteren Verbesserung der Stabilität in „closed deck”-Bauweise ausgestaltet. Aus diesem Grund wird bei der Herstellung ein Salzkern (5) verwendet, welcher im Wesentlichen die Geometrie des Hohlraums des Wassermantels aufweist. Bei der Herstellung des Salzkerns (5) werden die verstärkten Zylinderlaufbuchsen (2) im Salzkern (5) angeordnet und mit diesem verbunden. Dazu werden die vier verstärkten Zylinderlaufbuchsen (2) in ein nicht dargestelltes Werkzeug zur Kernherstellung eingelegt und exakt positioniert. Durch eine Hinterschneidung (11), z. B. in Form eines Kragens, an der Verstärkungsstruktur (1) wird bei der Kernherstellung eine Verklammerung (6) der verstärkten Zylinderlaufbuchsen (2) mit dem Salzkern (5) gewährleistet. Der hochfeste Salzkern (5), bestehend aus einem anorganischen Material inklusive entsprechender Bindemittel und Härtungsmittel, wird durch ein herkömmliches Kernherstellungsverfahren wie Kernschießen oder Pressen hergestellt. Dieser Salzkern (5) ist in Wasser oder in einer anderen Flüssigkeit löslich.The cylinder crankcase ( 4 ) is designed to further improve the stability in "closed deck" construction. For this reason, a salt core ( 5 ), which essentially has the geometry of the cavity of the water jacket. In the production of the salt core ( 5 ), the reinforced cylinder liners ( 2 ) in the salt core ( 5 ) and connected to this. For this purpose, the four reinforced cylinder liners ( 2 ) are inserted in an unillustrated tool for core production and accurately positioned. By an undercut ( 11 ), z. B. in the form of a collar, on the reinforcing structure ( 1 ), in kernel production a bracketing ( 6 ) of the reinforced cylinder liners ( 2 ) with the salt core ( 5 ) guaranteed. The high-strength salt core ( 5 ), consisting of an inorganic material including appropriate binders and hardeners, is prepared by a conventional core-making process such as core shooting or pressing. This salt core ( 5 ) is soluble in water or in another liquid.

Der Salzkern (5) mit den darin gelagerten verstärkten Zylinderlaufbuchsen (2) wird anschließend in ein ebenfalls nicht dargestelltes Druckgießwerkzeug eingelegt, das zur Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses (4) dient. Hierbei werden der Salzkern (5) und die verstärkten Zylinderlaufbuchsen (2) zumindest teilweise von dem Gießmetall, einer untereutektischen Al/Si-Legierung, umgossen und im endgültigen Zustand von einem äußeren Gehäuse (7) des Zylinderkurbelgehäuses (4) umgeben.The salt core ( 5 ) with the reinforced cylinder liners ( 2 ) is then inserted into a likewise not shown die casting tool, which is used for producing a cylinder crankcase ( 4 ) serves. Here, the salt core ( 5 ) and the reinforced cylinder liners ( 2 ) at least partially encapsulated by the cast metal, a hypoeutectic Al / Si alloy, and in the final state of an outer casing ( 7 ) of the cylinder crankcase ( 4 ) surround.

Nach dem Entformen des Zylinderkurbelgehäuses (4) wird der Salzkern (5) in einem Wasserbad oder unter hohem Wasserdruck herausgelöst.After removal of the cylinder crankcase ( 4 ) the salt core ( 5 ) dissolved out in a water bath or under high water pressure.

Zur besseren Anbindung der Lochblechmanschette (1) aus Stahlblech an die Al-Legierungen ist die Lochblechmanschette (1) bereits galvanisch mit einer dünnen Zinnschicht beschichtet worden. Diese Beschichtung bewirkt, dass neben dem reinen Formschluss durch das Umgiessen auch eine Art stoffschlüssige Verbindung zwischen Stahlblech und Al-Legierung erhalten wird, dadurch dass die Zinnschicht durch die Al-Schmelze angeschmolzen wird und sich eine metallische Verbindung ergibt.For a better connection of the perforated plate cuff ( 1 ) made of sheet steel to the Al alloys is the perforated plate cuff ( 1 ) has already been galvanically coated with a thin layer of tin. This coating has the effect that, in addition to the pure positive connection by casting, a type of cohesive connection between steel sheet and Al alloy is obtained, in that the tin layer is melted by the Al melt and a metallic connection results.

Ein weiterer Vorteil des beschriebenen Verfahrens besteht darin, dass alternativ zu dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel mit Zylinderlaufbuchsen (2) bzw. einem Zylinderliner (2) aus einem hochwertigerem Werkstoff als das äußere Gehäuse (7) auch komplett auf Zylinderlaufbuchsen (2) bzw. Zylinderliner (2) verzichtet werden kann (3). In einem solchen Fall wird lediglich die Verstärkungsstruktur analog dem zuvor Beschrieben in dem Salzkern (5) angeordnet und positioniert und anschließend im Gusswerkzeug mit einer hochfesten bzw. warmfesten, übereutektische Aluminiumlegierung umgossen. Durch den höherwertigen Gießwerkstoff werden alle Anforderungen an die Lauffläche der Zylinderbohrungen (3) erfüllt und die erforderliche Festigkeit wird durch die eingegossene Verstärkungsstruktur gewährleistet. Somit kann auf den Einsatz von separaten Zylinderlaufbuchsen (2) oder eines Zylinderliners (2) verzichtet werden. Dies würde einen weiteren Kostenvorteil darstellen.A further advantage of the described method is that, as an alternative to the exemplary embodiment described above, with cylinder liners ( 2 ) or a cylinder liner ( 2 ) of a higher quality material than the outer housing ( 7 ) also completely on cylinder liners ( 2 ) or cylinder liners ( 2 ) can be omitted ( 3 ). In such a case, only the reinforcing structure analogous to that described above in the salt core ( 5 ) and then positioned in the casting tool with a high-strength or heat-resistant, over-eutectic aluminum alloy encapsulated. Due to the higher-quality casting material, all requirements for the running surface of the cylinder bores ( 3 ) and the required strength is ensured by the cast-in reinforcing structure. Thus, the use of separate cylinder liners ( 2 ) or a cylinder liner ( 2 ) are waived. This would represent another cost advantage.

Unter Betrachtung der Möglichkeit, die Zylinderlaufbuchsen (2) und das äußere Gehäuse (7) aus unterschiedlichen Legierungen darzustellen, ist es alternativ zweckmäßig zur Reduktion des Bauteilgewichtes das äußere Gehäuse (7) aus einer sehr leichten aber nicht so temperaturbeständigen Magnesiumlegierung oder Kunststoff herzustellen. So wird das Gewicht des Zylinderkurbelgehäuses (4) noch einmal deutlich reduziert.Considering the possibility of the cylinder liners ( 2 ) and the outer housing ( 7 ) represent different alloys, it is alternatively useful to reduce the weight of the component, the outer housing ( 7 ) made of a very light but not so temperature-resistant magnesium alloy or plastic. So the weight of the cylinder crankcase ( 4 ) again significantly reduced.

Eine Ausgestaltungsmöglichkeit des Salzkerns (5) für den Wassermantel sieht Oberflächenstrukturen in Form von Nuten oder Ausnehmungen vor. Hierdurch werden gezielt Oberflächestrukturen auf den Innenseiten des Wassermantels gebildet. Diese können zur Verbesserung des Kühlmitteldurchflusses dienen. Die Oberflächenstrukturen sind insbesondere zur Zwangsdurchmischung bzw. Turbulenzbildung des durchströmenden Kühlwassers ausgelegt. Hierdurch wird die durch lokale Überhitzung des Kühlmittels ausgelöste Kavitation, die zu einer Schädigung des Wassermantels führen kann, verringert. Das rückstandslose Entfernen des Gießkern-Materials innerhalb der unzugänglichen Hohlräume des Wassermantels ist für konventionelle Sandkerne nahezu unmöglich, im Gegensatz zu den erfindungsgemäß angewendeten Salzkernen (5).One possible embodiment of the salt core ( 5 ) for the water jacket provides surface structures in the form of grooves or recesses. As a result, surface structures are deliberately formed on the insides of the water jacket. These can serve to improve the coolant flow. The surface structures are designed in particular for forced mixing or turbulence formation of the cooling water flowing through. As a result, the cavitation triggered by local overheating of the coolant, which can lead to damage to the water jacket, is reduced. The residue-free removal of the core material within the inaccessible cavities of the water jacket is virtually impossible for conventional sand cores, in contrast to the salt cores used in accordance with the invention (US Pat. 5 ).

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die Salzkerne (5) des Wassermantels quer verlaufende Kanäle oder Durchtritte aufweisen. Hierdurch werden beim Gießen des Zylinderkurbelgehäuses (4) Stege gebildet, die beide Innenwandungen des Wassermantels gegeneinander abstützen. Diese Querkanäle des Salzkerns (5), die Stützstege im Wassermantel bilden, sind durch herkömmliche Herstellungsverfahren kaum darstellbar. Sie tragen zu einer Verbesserung der Stabilität des Zylinderkurbelgehäuses (4) und auch einer verbesserten Durchmischung der Kühlflüssigkeit bei.Another embodiment provides that the salt cores ( 5 ) of the water jacket have transverse channels or passages. As a result, when casting the cylinder crankcase ( 4 ) Webs are formed, which support both inner walls of the water jacket against each other. These transverse channels of the salt core ( 5 ), which form supporting webs in the water jacket, can hardly be represented by conventional production methods. They contribute to an improvement in the stability of the cylinder crankcase ( 4 ) and also improved mixing of the cooling liquid.

Claims

Method for producing a cylinder crankcase ( 4 ) of an internal combustion engine, comprising a first method step for producing cylinder liners ( 2 ) or a cylinder liner ( 2 ) and a subsequent, second method step for encapsulating the cylinder liners ( 2 ) or the cylinder liner ( 2 ) in a casting process with a light metal melt to represent the cylinder crankcase ( 4 ), characterized in that the individual cylinder liners ( 2 ) or the cylinder liner ( 2 ) prior to encapsulation with an outer, at least partially circumferential reinforcing structure ( 1 ), wherein the reinforcing structure ( 1 ) at least partially on a casting tool element ( 5 ) is arranged to form a water jacket.

Method according to claim 1, characterized in that the reinforcing structure ( 1 ) at least partially on a salt core ( 5 ) is arranged and stored as Gießwerkzeugelement.

Method according to Claim 2, characterized in that the reinforcing structure ( 1 ) partially form-fitting with the salt core ( 5 ), in particular by means of an undercut ( 11 ) on the reinforcing structure ( 1 ).

Method according to claim 1, characterized in that at least the reinforcing structure ( 1 ) on a slide element ( 5 ) is arranged and stored as Gießwerkzeugelement.

Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that as reinforcing structure ( 1 ) a structure infiltratable by the molten metal melt ( 1 ) is used.

Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that as reinforcing structure ( 1 ) a lattice-shaped structure is used.

Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that as reinforcing structure ( 1 ) an annular structure is used.

Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that as reinforcing structure ( 1 ) a metallic structure, preferably based on an iron or titanium alloy, is used.

Method according to claim 8, characterized in that as reinforcing structure ( 1 ) a perforated metal sleeve ( 1 ) is used.

Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that the infiltratable structure ( 1 ) is formed at least proportionally of ceramic-based fibers, preferably based on alumina fiber or boron fibers.

Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that the infiltratable structure ( 1 ) is formed at least proportionally of ceramic-based, open-cell foams, vorzugswei based on alumina, titania or zirconia.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the second method step for Umgießen means a method of die casting will be done.

Salt core ( 5 ) for use in a method of manufacturing a cylinder crankcase ( 4 ) of an internal combustion engine, characterized in that on the salt core ( 5 ) at least one reinforcing structure ( 1 ) a cylinder liner ( 2 ), a cylinder liner ( 2 ) or a cylinder tube is arranged and stored.