EP0356768A2 - Leichtmetall-Gussteil, insbesondere Druckgussteil - Google Patents

Leichtmetall-Gussteil, insbesondere Druckgussteil Download PDF

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EP0356768A2
EP0356768A2 EP89114611A EP89114611A EP0356768A2 EP 0356768 A2 EP0356768 A2 EP 0356768A2 EP 89114611 A EP89114611 A EP 89114611A EP 89114611 A EP89114611 A EP 89114611A EP 0356768 A2 EP0356768 A2 EP 0356768A2
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EP
European Patent Office
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casting
fastening means
molded body
light metal
piece
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EP0356768B1 (de
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Paul Rosche
Klaus Dr. Eigenfeld
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Bayerische Motoren Werke AG
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Bayerische Motoren Werke AG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F7/00—Casings, e.g. crankcases
    • F02F7/0085—Materials for constructing engines or their parts
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2253/00—Other material characteristics; Treatment of material
    • F05C2253/16—Fibres

Definitions

  • the invention relates to a light metal casting, in particular a pressure casting, with a cast-in fastening means.
  • the arrangement of a fastener in a light metal casting by pouring serves to increase the strength of the connection between the casting and fastener.
  • this increase in strength is limited, in particular, by the grain formation when the casting cools in the vicinity of the fastening means.
  • the invention has for its object to show an arrangement in a light metal casting with cast-in fastener, with which a high-strength connection between the cast part and the cast-in fastener can be achieved.
  • a fiber insert provided in the casting, the fastening means being connected to an essentially fiber-free zone of the casting material adjacent to the fiber insert.
  • the fiber insert advantageously causes the formation of an adjacent zone with a very fine-grained structure when the casting cools, the fine-grained structure of the material in this zone has strength above the usual values.
  • this advantageously makes better use of the material of the fastening means, and on the other hand, the light metal casting is also more resilient.
  • the invention brings a particular increase in strength to a casting made from a magnesium alloy.
  • the fiber insert is advantageously designed as a simple molded body, in particular in the case of a fastening means with a radially symmetrical end region for anchoring in the casting.
  • the molded body comprises long fibers which are combined with short fibers in an end region facing the fastening means, the short fibers preferably being arranged transversely to the long fibers.
  • the strength of the light metal casting is advantageously increased via the long fibers, the course of the long fibers serving to even out the load in the light metal casting which is introduced via the fastening means.
  • the short fibers which are preferably arranged transversely to the long fibers, ensure that a large number of short fiber ends serve as grain formers for a fine-grained material structure in the zone between the fiber insert and the fastening means.
  • the short fibers which are preferably arranged transversely to the long fibers, have an advantageous action against a crystal dislocation of the material structure, so that in the zone between the fiber insert and the fastening means a strength exceeding the usual values of the casting material is certainly achieved.
  • the fastening means can are optimally used, the load introduced via the fastener is evened out over the long fibers in the casting. Overall, high material utilization is achieved.
  • a preferred embodiment of the shaped body described above is achieved in a further embodiment with a tubular shaped body made of long fibers, which is connected to short fibers in two, preferably aligned, fastening regions adjacent end regions.
  • a considerable part of the fuel flow through the fibers is advantageously conducted through the housing and local stress peaks in the casting are avoided.
  • the shaped body is stiff in accordance with a further feature of the last-mentioned proposal for placement in a casting mold.
  • the arrangement of fasteners according to the invention in connection with tubular fiber inserts can also be used for large, complex castings, such as, for example, in a machine housing, in particular made of a magnesium alloy.
  • Fiber hoses are known per se from DE-AS 1 282 245.
  • the invention is described with reference to a preferred exemplary embodiment of an internal combustion engine housing with a divided main bearing shown in cross section.
  • An internal combustion engine housing 1 comprises a crankcase 2 with a divided main bearing 3 for a crankshaft, not shown.
  • the main bearing 3 consists of a housing-integrated bearing part 4 in a transverse wall 5 of the crankcase 2 and a separate main bearing cover 6. This is attached to the transverse wall 5 by means of bolts 7, the bolts 7 engaging in the bearing part 4 adjacent threaded bushings 8.
  • the threaded bushings 8 are made of an iron material, while the internal combustion engine housing 1 is made of a magnesium alloy.
  • the threaded bushings 8 are arranged coaxially and at a radial distance in a tubular or tubular shaped body 9 made of fibers.
  • the molded body 9 serving as a fiber insert in the internal combustion engine housing 1 or in the transverse wall 5 comprises long fibers 10 which are combined with short fibers 11 in the area of the threaded bushing 8.
  • the short fibers 11 are arranged transversely to the long fibers 10 and at a radial distance from the threaded bushing 8. Between the short fibers 11 and the threaded bush 8 there remains an essentially fiber-free zone 12 consisting of the cast material or the magnesium alloy.
  • the radially inward end regions of the short fibers 11 act as grain formers during the cooling of the light metal casting and cause the formation of a very fine-grained casting material in this zone 12.
  • the casting material in zone 12 achieves significantly higher strength values than in the zone 12 in the other areas of the cast part or the internal combustion engine housing 1. This results in a higher load capacity of the threaded bushing 8 or the fastening means, or it can be better through smaller dimensions with constant loading of the material of the fastening means, such as the threaded bushing 8 and the screw bolt 7 be exploited.
  • the molded body 9 can have long fibers 10 of correspondingly long design in accordance with the respective load.
  • tie rods 13, which are arranged in alignment with the screw bolts 7 for the main bearing cover 6, are provided for connecting a cylinder head (not shown).
  • the aligned arrangement of a screw bolt 7 with a tie rod 13 enables the design of a tubular molded body 9 with continuous long fibers 10, the long fibers 10 also being connected to short fibers 11 in the connection area of the tie rods 13 to form a high-strength zone 12.
  • the tie rods 13, provided with a conventional thread can either be cast in the internal combustion engine housing 1 or can be mounted separately. In both cases, the load-bearing thread is arranged in the area of the high-strength, fine-grained zone.
  • the molded body 9 is stiff.

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Abstract

Bei einem Leichtmetall-Gußteil, insbesondere Druckgußteil, mit einem im Gußteil angeordneten Befestigungsmittel wird zur Steigerung der Festigkeit der Verankerung des Befestigungsmittels im Gußteil vorgeschlagen, im Gußteil eine Fasereinlage vorzusehen und das Befestigungsmittel in einer der Fasereinlage benachbarten, im wesentlichen faserfreien Zone des Gußwerkstoffes anzuordnen.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Leichtmetall-Gußteil, insbesondere Druckgußteil, mit einem eingegossenen Befestigungsmittel.
  • Die Anordnung eines Befestigungsmittels in einem Leicht­metall-Gußteil durch Eingießen dient der Steigerung der Festigkeit der Verbindung von Gußteil und Befestigungs­mittel. Dieser Festigkeitssteigerung sind jedoch insbe­sondere durch die Kornbildung beim Abkühlen des Gußtei­les im Umfeld des Befestigungsmittels Grenzen gesetzt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Leichtmetall-Gußteil mit eingegossenem Befestigungs­mittel eine Anordnung aufzuzeigen, mit der eine hoch­feste Verbindung zwischen dem Gußteil und dem eingegos­senen Befestigungsmittel erreichbar ist.
  • Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 durch eine im Gußteil vorgesehene Fasereinlage gelöst, wobei das Befestigungsmittel mit einer der Fasereinlage benachbarten, im wesentlichen faserfreien Zone des Gußwerkstoffes in Verbindung steht. Die Fasereinlage bewirkt in vorteilhafter Weise beim Abkühlen des Gußteiles die Ausbildung einer benachbarten Zone mit sehr feinkörniger Struktur, wobei durch die feinkörnige Struktur der Werkstoff in dieser Zone eine über den üblichen Werten liegende Festigkeit aufweist. Damit ist einerseits in vorteilhafter Weise der Werk­stoff des Befestigungsmittels besser auszunützen, und andererseits wird auch das Leichtmetall-Gußteil höher belastbar. Einen besonderen Zuwachs an Festigkeit bringt die Erfindung nach einem weiteren Vorschlag bei einem aus einer Magnesium-Legierung gefertigten Gußteil.
  • Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung ist die Fasereinlage in vorteilhafter Weise als einfacher Formkörper auszubilden, insbesondere bei einem Befe­stigungsmittel mit radialsymmetrischem Endbereich für die Verankerung im Gußteil.
  • Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung umfaßt der Formkörper Langfasern, die in einem dem Befestigungs­mittel zugewandten Endbereich mit Kurzfasern kombiniert sind, wobei die Kurzfasern vorzugsweise quer zu den Langfasern angeordnet sind. Mit dieser erfindungsgemäßen Ausgestaltung wird zum einen das Leichtmetall-Gußteil über die Langfasern vorteilhaft in der Festigkeit verstärkt, wobei der Verlauf der Langfasern für eine Vergleichmäßigung der über das Befestigungsmittel eingeleiteten Belastung im Leichtmetall-Gußteil dient. Zum anderen wird mit den zu den Langfasern bevorzugt quer angeordneten Kurzfasern erreicht, daß eine große Anzahl an Kurzfaser-Enden als Kornbildner für eine feinkörnige Werkstoffstruktur in der Zone zwischen der Fasereinlage und dem Befestigungsmittel dienen. Weiter wirken die bevorzugt quer zu den Langfasern angeordneten Kurzfasern vorteilhaft gegen eine Kristall-Versetzung des Werkstoffgefüges, so daß in der Zone zwischen der Fasereinlage und dem Befestigungsmittel mit Sicherheit eine die üblichen Werte des Gießwerkstoffes überstei­gende Festigkeit erreicht wird. Mit der vorbeschriebenen Ausgestaltung kann zum einen das Befestigungsmittel optimal genützt werden, wobei die über das Befesti­gungsmittel eingeleitete Belastung über die Langfasern im Gußteil vergleichmäßigt wird. Insgesamt ist eine hohe Werkstoffausnützung erzielt.
  • Eine bevorzugte Ausgestaltung des vorstehend beschrie­benen Formkörpers ist in weiterer Ausgestaltung mit einem schlauchartigen Formkörper aus Langfasern erzielt, der in beiden, vorzugsweise miteinander fluchtenden Befestigungsmitteln benachbarten Endbereichen mit Kurzfasern in Verbindung steht. Damit wird in vorteil­hafter Weise ein erheblicher Teil des Kraftstoff­flusses über die Fasern durch das Gehäuse geleitet und so örtliche Spannungsspitzen im Gußteil vermieden. Um das Handling eines solchen Formkörpers beim Vergießen zu vereinfachen, ist der Formkörper nach einem weiteren Merkmal des letztgenannten Vorschlages für die Plazie­rung in einer Gießform steif ausgeführt. Damit kann die erfindungsgemäße Anordnung von Befestigungsmitteln in Verbindung mit schlauchförmigen Fasereinlagen auch bei großen, komplizierten Gußteilen Verwendung finden wie beispielsweise bei einem Maschinengehäuse, inbesondere aus einer Magnesium-Legierung. Faserschläuche sind im übrigen per se aus der DE-AS 1 282 245 bekannt.
  • Die Erfindung ist anhand eines bevorzugten, in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels eines im Querschnitt gezeigten Brennkraftmaschinengehäuses mit geteiltem Hauptlager beschrieben.
  • Ein nicht näher dargestelltes Brennkraftmaschinen­gehäuse 1 umfaßt ein Kurbelgehäuse 2 mit einem geteilten Hauptlager 3 für eine nicht gezeigte Kurbelwelle. Das Hauptlager 3 besteht aus einem gehäuseintegrierten Lagerteil 4 in einer Querwand 5 des Kurbelgehäuses 2 und aus einem gesonderten Hauptlagerdeckel 6. Dieser ist über Schraubbolzen 7 an der Querwand 5 befestigt, wobei die Schraubbolzen 7 in dem Lagerteil 4 benachbart angeordnete Gewindebuchsen 8 eingreifen. Die Gewinde­buchsen 8 sind aus einem Eisenwerkstoff, während das Brennkraftmaschinengehäuse 1 aus einer Magnesium-­Legierung ist.
  • Die Gewindebuchsen 8 sind in einem schlauch- bzw. rohrförmigen Formkörper 9 aus Fasern koaxial und mit radialem Abstand angeordnet. Der als Fasereinlage in dem Brennkraftmaschinengehäuse 1 bzw. in der Querwand 5 dienende Formkörper 9 umfaßt Langfasern 10, die im Bereich der Gewindebuchse 8 mit Kurzfasern 11 kombiniert sind. Die Kurzfasern 11 sind zu den Langfasern 10 quer und zur Gewindebuchse 8 mit radialem Abstand angeordnet. Zwischen den Kurzfasern 11 und der Gewindebuchse 8 verbleibt eine aus dem Gußwerkstoff bzw. der Magnesium-­Legierung bestehende, im wesentlichen faserfreie Zo­ne 12.
  • Für diese Zone 12 wirken die radial einwärts gerichteten Endbereiche der Kurzfasern 11 bei der Abkühlung des Leichtmetall-Gußteiles als Kornbildner und bewirken die Ausbildung eines sehr feinkörnigen Gießwerkstoffes in dieser Zone 12. Der Gießwerkstoff in der Zone 12 er­reicht durch die feinkörnige Ausbildung deutlich höhere Festigkeitswerte als in den übrigen Bereichen des Gußteiles bzw. des Brennkraftmaschinengehäuses 1. Damit ist eine höhere Belastbarkeit der Gewindebuchse 8 bzw. des Befestigungsmittels erreicht bzw. es kann durch kleinere Dimensionierung bei gleichbleibender Belastung der Werkstoff der Befestigungsmittel, wie der Gewinde­buchse 8 und der Schraubbolzen 7, besser ausgenutzt werden.
  • Zur Einleitung der Belastung über den Schraubbolzen 7 und die Gewindebuchse 8 in die Querwand 5 kann der Formkörper 9 entsprechend der jeweiligen Belastung entsprechend lang ausgebildete Langfasern 10 aufweisen.
  • Wie aus der Zeichnung weiter hervorgeht, sind mit den Schraubbolzen 7 für den Hauptlagerdeckel 6 fluchtend angeordnete Zuganker 13 zum Anschluß eines nicht darge­stellten Zylinderkopfes vorgesehen. Die fluchtende Anordnung eines Schraubbolzens 7 mit einem Zuganker 13 ermöglicht die Ausgestaltung eines schlauchartigen Formkörpers 9 mit durchgehenden Langfasern 10, wobei die Langfasern 10 im Anschlußbereich der Zuganker 13 zur Ausbildung einer hochfesten Zone 12 ebenfalls mit Kurzfasern 11 in Verbindung stehen. Die Zuganker 13 können, mit einem üblichen Gewinde versehen, entweder im Brennkraftmaschinengehäuse 1 miteingegossen werden oder aber gesondert montiert werden. In beiden Fällen ist das tragfähige Gewinde im Bereich der hochfesten, feinkör­nigen Zone angeordnet.
  • Für die Plazierung des Formkörpers 9 in der Gießform für das Brennkraftmaschinengehäuse 1 ist der Formkörper 9 steif ausgeführt.

Claims (5)

1. Leichtmetall-Gußteil, insbesondere Druckgußteil,
- mit einem im Gußteil angeordneten Befestigungsmit­tel,
dadurch gekennzeichnet,
- daß eine Fasereinlage (Formkörper 9) im Gußteil (Brennkraftmaschinengehäuse 1) vorgesehen ist, und
- daß das Befestigungsmittel (Gewindebuchse 8, Zuganker 13) mit einer der Fasereinlage benachbar­ten, im wesentlichen faserfreien Zone (12) des Gußwerkstoffes in Verbindung steht.
2. Gußteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasereinlage ein das Befestigungsmit­tel (8,13) im Gußteil (1) mit Abstand umgebender Formkörper (9) ist.
3. Gußteil nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeich­net,
- daß der Formkörper (9) Langfasern (10) und zumin­dest in einem dem Befestigungsmittel (8 bzw. 13) zugewandten Endbereich Kurzfasern (11) umfaßt, wobei
- die Kurzfasern im wesentlichen quer zu den Lang­fasern angeordnet sind.
4. Gußteil nach den Ansprüchen 1 bis 3, als Brenn­kraftmaschinengehäuse (1) mit je einem Befesti­gungsmittel (Gewindebuchse 8, Zuganker 13) für einen Zylinderkopf und einen Hauptlagerdeckel (6), dadurch gekennzeichnet,
- daß die Langfasern (10) einen schlauchartigen Formkörper (9) bilden,
- der in beiden Endbereichen mit Kurzfasern (11) in Verbindung steht, wobei
- der Formkörper (9) für die Plazierung in einer Gießform steif ausgebildet ist.
5. Gußteil nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Gußwerkstoff eine Magnesium-Legierung gewählt ist.
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