CN105636721A - 复杂铸件及其铸造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种内燃机的复杂铸件、尤其是曲轴(1)或凸轮轴，包括纵轴线(3)、沿纵轴线(3)的多个区域(70、72、74、76、78、80、82)和第一空腔(30)。所述多个区域(70、72、74、76、78、80、82)中的每个区域在铸造过程中在凝固过程期间具有特定的冷却速率。第一空腔(30)设置在所述多个区域(70、72、74、76、78、80、82)中的第一区域中并且具有与第一区域的第一冷却速率相关的体积。通过这种方式第一区域中的材料厚度也与第一冷却速率相关。

Description

复杂铸件及其铸造方法

技术领域

本发明涉及一种内燃机的复杂铸件、一种包括复杂铸件的内燃机、一种包括相应内燃机的汽车以及一种用于制造复杂铸件的铸造方法。术语“内燃机的复杂铸件”在下面例如理解为铸造出的曲轴、凸轮轴或其它铸造出的内燃机构件，该构件与简单的轴或简单的平滑表面相比具有包括凸部和/或凹部的外部结构。

背景技术

根据现有技术，在目前的奥托和柴油发动机中的曲轴借助锻造或铸造由黑色金属制成。在锻造曲轴时作为材料例如使用调质钢、如42CrMo4。而在铸造曲轴时作为材料大多使用含有球状石墨的铸铁、如GJS700。通过铸造，曲轴通常被铸造成实心铸件、即曲轴内部无空隙或空腔。然而，已知在特定的承受低负荷的内燃机中使用如下的铸造曲轴，即：其主轴承或连杆轴承出于重量原因铸造成空心的。

基于尤其是因涡轮增压而不断增大的构件负荷并且另一方面希望通过减小轴承直径来减小摩擦，在制造曲轴时越来越多地使用具有相应高强度的锻造钢。与铸造材料相比，这显著提高了重量并且通常也导致成本上升。内燃机中曲轴的负荷是非常复杂的。根据转速、负荷以及曲轴上的位置，在内燃机运行期间在曲轴上出现不同的负荷状态。对于设计重要的总是最大负荷。在曲轴中，与变速器耦合的轴向端部基于弯曲和扭转的组合负荷通常比相反的轴向端部承受更高的负荷。

使用锻造的曲轴的缺点在于高成本和基于与铸造的曲轴相比较大密度引起的高重量。此外，自由成型仅是有限的。重量减轻(由结构决定在相对于整个曲轴较大的材料堆积部内部进行该重量减轻)只能费事地通过附加孔实现。

使用铸造的曲轴的缺点在于其与锻造的曲轴相比较低的负荷承受能力。这种情况的原因在于不同的生产技术，其要求不同的合金和/或热处理。当然，铸造结构与锻造结构相比可承受的动态负荷也较低。

在借助铸造制造曲轴时，目前主要采用两种技术。在第一种形式中，通常借助砂型铸件在卧式模具中铸造曲轴。在此由型砂制出所谓的阴模箱，该阴模箱用于液态金属的成型。

可替选地，借助所谓的壳模铸造方法在立式布置中铸造曲轴。在壳模铸造中制出所谓的具有坯件形状的壳模。根据待铸造构件的外部造型，制出的壳模包括两个或更多个壳模部件，它们例如借助粘接彼此连接成完成的壳模。各个壳模部件由树脂覆膜成形材料或树脂覆膜砂或砂基树脂混合物制成。此外，在壳模内集成有用于供应液态金属的浇注***。

完成的壳模准备用于在所谓的铸造桶中制造曲轴并且为了改善散热和稳定而被钢珠包围。然后，从下方升高地以铸造材料填充整个壳模。在材料凝固期间给料器的任务在于补偿材料收缩。壳模铸造技术常用于大批量生产中。此外，与砂型铸造方法相比，壳模铸造方法的优点在于，尤其是凝固过程基于通过使用钢球加速的散热而实现更好的结构质量和尺寸精度。

然而，即使在使用壳模铸造方法时依然在凝固过程中在铸造桶和因此在构件中出现不同的温度或者说不同的温度分布。这使得凝固的构件根据凝固过程中的冷却速率而具有不同的材料特性。尤其是在铸造桶的上部区域中存在比下部区域中更高的由热引起的温度。这是因为一开始热量通过钢球快速从壳模下部区域消退，但在钢球的上部区域中形成集热。这导致在熔体凝固期间在铸造的曲轴的上部区域中的冷却速率小于下部区域中的冷却速率。基于变化的冷却速率产生不同的凝固条件和因此曲轴或者说构件的不同材料特性。

发明内容

本发明的任务在于克服现有技术的上述缺点并且提供一种在材料特性方面优化的内燃机复杂铸件、尤其是曲轴或凸轮轴以及一种相应的制造方法。

上述任务通过根据权利要求1所述的内燃机复杂铸件、根据权利要求9所述的包括复杂铸件的内燃机、根据权利要求10所述的包括内燃机的汽车以及根据权利要求11所述的用于制造内燃机复杂铸件的铸造方法来解决。其它有利方案由从属权利要求、下述说明及附图给出。

根据本发明的内燃机复杂铸件、尤其是曲轴或凸轮轴包括纵轴线、沿纵轴线的多个区域和第一空腔，其中，所述多个区域中的每个区域在铸造过程中在凝固过程期间具有特定的冷却速率，第一空腔设置在所述多个区域中的第一区域中并且具有与第一区域的第一冷却速率相关的体积，由此第一区域中的材料厚度也与第一冷却速率相关。

现在示例性借助作为复杂铸件的曲轴的制造方法来说明本发明。首先提供用于曲轴的铸模。此外，提供具有第一体积的第一芯件。第一体积在铸件完成后构成第一空腔并且根据待铸造曲轴的第一区域中的第一冷却速率选择出。与此相应，第一芯件这样设置在铸模中，使得该第一芯件在后续的铸造材料凝固过程中设置在第一区域中。此后将铸造材料、如铸铁填充到铸模中，并且在凝固过程完全结束后将完成的曲轴取出铸模。

通常认为整个实心的复杂铸件、即沿铸件纵轴线的所有区域的冷却速率是已知的。实心的复杂铸件也称为传统或已知的铸件。因此对于传统铸件而言第一区域中的冷却速率也是已知的。所述多个区域中的各个区域可指的是构件的多个区段，优选一个区域仅包括铸件的一个区段的局部。此外，各个区域也可根据复杂铸件的外部造型而至少部分重叠或彼此间隔开。之后还将参照附图更详细地说明这些区域并且阐明其功能。

为了仅列出几种可能性，例如可通过模拟推导或通过实验测定用于待铸造的本发明铸件的相应冷却速率。第一冷却速率因此尤其是第一区域中的可预规定或希望的冷却速率，该第一冷却速率可通过调整第一空腔或者说第一芯件的体积而变化。因此，第一芯件和由此产生的第一空腔的体积也根据第一区域中的希望的冷却速率而变化。

通过这种方式可按希望调整第一区域中的第一冷却速率。按希望的调整例如可这样进行，使得整个根据本发明的铸件尽可能均匀地、即以优选同一冷却速度被冷却。这对于所获得的复杂铸件的强度产生有利影响。

第一芯件或者说第一空腔的体积与第一区域的体积之比在下面也称为第一相对体积。用于在第一区域中形成第一空腔的第一芯件在此不局限于特定形状。而是，该形状与第一区域中的希望的第一冷却速率相关。

总之，根据本发明的复杂铸件的优点因此在于，与传统的实心、即无空腔的铸件相比，第一区域中的冷却速率可基于所用芯件而在该区域中被提高。如需要，可通过使第一区域中的冷却速率例如适应其余区域中的冷却速率来调整出沿复杂铸件的纵轴线相似或相同的材料特性。通过所用芯件调整第一区域中的第一冷却速率也能够有意调整出不同的材料特性。该措施的结果是使复杂铸件在第一区域中具有减小的材料厚度。

根据一种优选实施方式，复杂铸件在所述多个区域中的第二区域中具有第二空腔。第二空腔的第二体积与第二区域中的第二冷却速率相关地选择出。第一空腔占据第一区域的体积例如小于第二空腔占据第二区域的体积。在此第一区域中的第一冷却速率高于第二区域中的第二冷却速率，在此如开头所述，传统的实心铸件用作参考。所希望的第一和第二冷却速率因此可以是相同的。因此优选复杂铸件的第一区域中的第一材料厚度大于复杂铸件的第二区域中的第二材料厚度。

为了实现这点，在铸造方法中提供具有第二体积的第二芯件，第二体积根据待铸造曲轴的第二区域中的第二冷却速率选择出。此外，第二芯件占据第二区域的体积例如大于第一芯件占据第一区域的体积。其原因在于，相对于传统的实心铸件，第二区域例如具有比第一区域更小的冷却速率。现在为了使例如第一和第二区域在本发明铸件凝固期间具有作为希望冷却速率的相同冷却速率，必须使第二芯件占据第二区域的体积大于第一芯件占据第一区域的体积。优选地，第一和/或第二区域占据整个本发明铸件的体积较大。因此在传统的铸件中涉及具有材料堆积的区域，这在后面也将被详细描述。特别优选地，第一和第二区域具有相似或相同的体积，由此两个区域也产生不同的材料厚度。

将第一和第二芯件这样设置在铸模中，使得在后续的铸造材料凝固过程中第一芯件设置在具有第一冷却速率的区域中并且第二芯件设置在具有第二冷却速率的区域中。在一种实施方式中，两个芯件通过接片彼此连接，这在后续的铸件中实现两个空腔通过一个通道的连接。通过这种方式可确保所用芯件之间的相对距离并且节省铸造材料。

现在将铸造材料填充到铸模中，随后在后续的凝固过程中在具有与第一区域相比较小的冷却速率的第二区域中形成具有例如更大相对体积的第二空腔。这意味着，复杂铸件在第二区域中的材料厚度也小于在第一区域中的材料厚度。通过这种方式可这样优化第一和第二区域中的材料特性，使得复杂铸件后来在两个区域中具有尽可能相同的材料特性。因此在一种优选实施方式中，复杂铸件的第一区域中的第一材料厚度大于复杂铸件的第二区域中的第二材料厚度。上面关于第一空腔的说明也适用于第二空腔。

相应所制造的复杂铸件的优点还在于：根据在凝固过程中的相应冷却速率优化铸件的第一和第二区域中的壁厚。在根据现有技术具有较小冷却速度或者说冷却速率的位置或区域上现在产生更高的冷却速度和因此产生改善的材料特性。通过这种方式也优化了凝固过程的体积相关性。由此形成这样的内燃机复杂铸件，其在两个区域的每个位置上、优选在整个铸件中具有希望的材料特性。此外，与锻造的内燃机复杂铸件、尤其是曲轴或凸轮轴相比可实现重量优势，由此在将本发明铸件用于内燃机中时也可实现油耗优势。由于本发明铸件内部的空腔尺寸与凝固过程中的冷却速率相关，与传统无空腔或具有均匀构造的空腔的铸件相比也减少了材料需求。因此即使在承受高负荷的内燃机中也可实现铸造的铸件、尤其是曲轴或凸轮轴的重量优势及成本优势。

在一种优选实施方式中，复杂铸件包括多个空腔，所述多个空腔中的每个空腔设置在铸件的区域中并且空腔的相应体积与相应区域的特定冷却速率相关并且优选沿复杂铸件的纵轴线增大，使得优选相应空腔的相应区域中的对应材料厚度沿复杂铸件的纵轴线对应减小。在第一种实施方式中，区域数量与空腔数量相同，因此在每个区域中存在一个空腔。在一种替代实施方式中，区域多于空腔，在此情况下尤其是已经具有希望的冷却速率的区域不具有附加空腔。

再次参考制造方法或者说铸造方法，为此使用多个芯件，其体积与相应区域的冷却速率相关，例如芯件的体积是不同的。所述芯件这样设置在铸模中，使得具有最小相对体积的芯件设置在具有最大冷却速率的区域中并且具有最大相对体积的芯件设置在具有最小冷却速率的区域中，所述冷却速率在此情况下参考传统的铸件，这在后面将参照附图详细说明并且也已经在开头解释过。其余芯件依据上述原则根据其相对体积设置在其间。根据一种实施方式，这些芯件如上面已经关于第一和第二芯件所描述的那样借助接片彼此连接。在此可根据所用芯件的数量及其在铸件中的定位将不同数量的芯片通过这种接片相互连接。例如可借助接片始终连接两个、三个或四个芯件，使得在后来的铸件中借助一个通道连接两个、三个或四个空腔。上面关于第一和第二芯件或者说空腔的说明适用于多个芯件或空腔。该复杂铸件的优点在于，可通过这种方式更精确地调整材料特性并且因此有利地影响凝固过程。

在另一种优选实施方式中，复杂铸件是曲轴，并且每个区域包括一个主轴承或一个连杆轴承。现在例如参照具有四个连杆轴承和五个主轴承的曲轴。轴承沿纵轴线的顺序在此为主轴承一、连杆轴承一、主轴承二、连杆轴承二、主轴承三、连杆轴承三、主轴承四、连杆轴承四和主轴承五。在此居中设置在纵轴线上的曲轴区段被视为主轴承，而连杆轴承与居中延伸穿过曲轴的纵轴线径向错开地设置，这在下面参照附图示出。优选第一区域包括曲轴的轴向端部之一上的主轴承和/或第二区域包括相对置的轴向端部上的主轴承。尤其是在使用立式布置中的壳模铸造方法时(在其中浇注从待铸造曲轴的变速器侧进行)，第一空腔位于曲轴的变速器端中。变速器端在此是指这样的端部，该端部在曲轴后来应用于内燃机中时能够耦合到变速器上。

此外优选地，复杂铸件是曲轴，该曲轴在每个连杆轴承中具有一个空腔，空腔相对于相应区域、即相应连杆轴承的体积沿曲轴的纵轴线增大。如上所述，复杂铸件通常可包括多个空腔，并且空腔的相应体积沿复杂铸件的纵轴线增大，使得相应空腔的区域中的材料厚度沿纵轴线对应减小。

在一种优选实施方式中，复杂铸件是用于包括四个气缸的内燃机的曲轴并且具有八个空腔。四个空腔在此设置在连杆轴承的区域中并且至少一个空腔设置在轴向端部上的两个主轴承之一的区域中。其余三个空腔设置在其余三个主轴承的区域中，并且在剩余的轴向端部上的剩余主轴承区域中不设置空腔。

根据本发明的内燃机包括根据本发明的复杂铸件。内燃机也具有上述优点，在此不再重复赘述。

根据本发明的汽车包括根据本发明的内燃机。关于本发明汽车及其相应优点也参见上述关于本发明复杂铸件的说明。

根据本发明的、用于制造本发明的内燃机复杂铸件、尤其是曲轴或凸轮轴的铸造方法包括下述步骤：提供铸模；提供具有第一体积的第一芯件，该第一体积根据在凝固过程中铸件的多个区域中的第一区域中的第一冷却速率选择出；将第一芯件这样设置在铸模中，使得该芯件在后续的铸造材料凝固过程中设置在第一区域中；将铸造材料填充到铸模中并且在凝固过程完全结束之后从铸模中取出完成的铸件。借助根据本发明的铸造方法例如可制造上面所描述的根据本发明的复杂铸件。关于由此产生的优点也参见上述有关本发明铸件的说明。在一种特别优选的实施方式中，除了冷却速率外还考虑完成的铸件在可预规定的区域中的预期负荷，由此可鉴于后来的应用领域最佳地设计铸件。此外，多个区域中的各个区域共同优选占据整个构件较大的体积。因此，各个区域尤其是涉及在传统的实心铸件中具有材料堆积的区域。

在一种优选实施方式中，根据本发明的铸造方法包括进一步的步骤，即：提供具有第二体积的第二芯件，该第二体积根据在凝固过程中铸件的多个区域中的第二区域中的第二冷却速率选择出，并且尤其是第一芯件占据第一区域的第一体积小于第二芯件占据第二区域的第二体积。关于对应产生的优点也参见上述关于本发明复杂铸件的说明。

根据另一种优选实施方式，提供多个芯件，它们这样设置在铸模中，使得相应芯件的体积与其所在的相应区域的特定冷却速率相关，优选所述体积沿待铸造铸件的纵轴线增大，并且相应区域优选占据整个构件较大的体积并且尤其是具有相同的体积。通过这种方式，具有最大相对体积的芯件始终设置在具有最小冷却速率的区域中并且具有最小相对体积的芯件始终设置在具有最大冷却速率的区域中，所述冷却速率在此情况下参考传统的铸件。其余芯件根据其相对体积这样设置在其间，使得相对体积随着根据现有技术的铸件的逐渐减小的冷却速率而增大。这还具有下述优点，即可按希望调整本发明铸件的相应区域中的材料厚度。此外，在根据本发明的铸件中可在相应区域中调整出希望的或可预规定的冷却速率。因此，尤其是可根据在铸造过程中的冷却速率使复杂铸件的材料特性适应铸件的相应应用目的。

此外，作为用于芯件的材料优选选择具有高散热速度的材料、如铬矿砂。与传统的石英砂相比，铬矿砂恰恰具有更好的散热特性，这在所产生的材料特性方面可更有利地影响铸件的凝固。除了用于芯件的材料外，用于将芯件设置在铸模中的支撑结构的材料也具有高的散热速度。因此支撑结构也可由铬矿砂制成。替代或附加地，支撑结构至少部分也可包含金属，由此额外有利地影响凝固。

优选地，铸造方法是壳模铸造方法。在此尤其是提供分成尤其是两个部件的铸模，在此例如在通过粘接将铸模的两个部件彼此连接之前，将芯件设置在铸模中。芯件在铸模内的设置优选借助支撑点或支撑结构进行，使得在多个芯件的情况下芯件也正好通过相应接片彼此连接。相互通过接片连接的芯件数量在此是可变的。将装有芯件并且粘合的铸模为了填充铸造材料而立式设置在铸造桶中并且从下方进行填充。借助钢球将铸模相应固定在铸造桶中，钢球在此也具有散热功能。特别优选地，在待铸造曲轴的情况下从变速器侧进行浇注。

如果现在向铸模中填充铸造材料，则在后续的凝固过程中铸模的下部区域中的冷却速率最大。沿纵向方向向上上升地，冷却速率例如连续地下降。由于芯件关于曲轴优选设置在主轴承或连杆轴承的区域中，现在在这些区域中基于芯件的不同相对体积而产生与传统曲轴相比减小的材料厚度。通过这种方式尤其是可在复杂铸件的上部区域中补偿通过减小的冷却速率引起的不利效果。以常见且已知的方式从完成的铸件中移除芯件，对此不再详细赘述。

附图说明

下面参见附图详细说明本发明。在附图中相同附图标记表示相同构件。附图如下：

图1为本发明曲轴的剖面图；

图2为无空腔的曲轴区段的剖面图；

图3为具有标记出的考虑区域的曲轴区段的剖面图；

图4为具有标记出的考虑区域和空腔的曲轴区段的剖面图；

图5为壳模半部；

图6为本发明铸造方法的示意性流程图。

具体实施方式

借助作为复杂铸件的曲轴详细说明本发明，在此也可借助相同的制造方法生产内燃机的其它复杂铸件、如凸轮轴。作为内燃机的复杂铸件，除了铸造的曲轴或凸轮轴外，也可理解为内燃机的其它铸造的组成部件，其与简单的轴或简单的平滑表面相比具有包括凸部和凹部的外部结构。

图1示出本发明的以曲轴1形式的复杂铸件的剖面图。曲轴1具有纵轴线3并且包括四个连杆轴承10、12、14和16和五个主轴承20、22、24、26和28。此外，对于四个连杆轴承中的每个连杆轴承10、12、14和16和五个主轴承中的四个主轴承20、22、24和26分别标出一个轴线50、52、54、56、58、60、62，这些轴线横向于曲轴1的纵轴线3延伸。因此，例如第一连杆轴承10具有轴线50并且第四连杆轴承16具有轴线62。第五主轴承28构成变速器侧或者说变速器端以及曲轴1的第一轴向端部。相应地，第一主轴承20构成第二轴向端部。

曲轴1还包括八个区域，仅标出其中七个区域70、72、74、76、78、80和82。在当前情况下，这八个区域70、72、74、76、78、80和82分别包括一个轴承，在此没有为第一主轴承20配置区域。例如第一区域70包括第四连杆轴承16并且第八区域82包括第一连杆轴承10。

在曲轴1内部，在各个主轴承20、22、24、26和28以及连杆轴承10、12、14和16的区域中设有八个空腔30、32、34、36、38、40、42和44。为了更好地理解，没有示出因支撑结构而实际上可能存在的通道，所述通道将两个或更多个空腔30、32、34、36、38、40、42和44相互连接或构成通往曲轴1表面的开口。各空腔的体积根据曲轴1的相应区域中的冷却速率来选择。为此现在为了更好地理解，首先说明根据本发明的制造方法。

借助优选立式的壳模铸造方法来制造作为复杂铸件的曲轴，该壳模铸造方法的方法流程在图6中示意性示出。首先在步骤A中提供铸模。在图5中举例示出用于曲轴1的壳模半部100。

在该示例性的立式壳模铸造方法中，在后续的铸造过程中从下方进行浇注。参考图5，填充方向通过箭头105示出，在此与传统壳模铸造方法不同，完成的曲轴1的变速器侧在铸造后以第五主轴承28向下设置。

用铸造材料、优选铸铁从下方上升地填充整个壳模，这将在下面解释。在这之后的材料凝固期间，给料器105的任务是补偿材料收缩。与曲轴1类似，在壳模100中也标出四个连杆轴承区域110、112、114和116和五个主轴承区域120、122、124、126和128。也标出相应产生的轴承的轴线150、152、154、156、158、160、162。

在传统的铸造过程中，现在会将壳模的两个半部组合起来并且以铸造材料进行填充，在此不设置芯件用以在其中形成空腔。由于冷却速率产生开头所述的分布：在下端、在所示情况下即在变速器端存在最大的冷却速率并且在相反的轴向端部上存在最小的冷却速率。在示例性的四个测量点170、172、174和176上产生这样的抗拉强度，即第二测量点172中的抗拉强度小于第一测量点170中的抗拉强度并且第三测量点174中的抗拉强度小于第二测量点172中的抗拉强度。

因此，在步骤B中提供至少一个芯件。但优选提供两个芯件并且特别优选提供多个芯件、如八个芯件。芯件的造型、即其形状和其体积与其应在铸模或者说铸件中设置的区域相关。对此为了更好地理解参见图2至4。

图2在此示出传统曲轴的一个区段，该区段例如包括连杆轴承90。在图3中该连杆轴承90具有标记出的区域92，用于铸造过程的芯件和因此后续的空腔的体积与该区域相关。转移到根据本发明的曲轴1上，该区域92表示区域70、72、74、76、78、80和82。例如通过模拟、实验或类似方式已知关于示例性区域92在凝固过程中的冷却速率。基于已知的冷却速率，参见图4现在这样选择芯件的体积和因此在本发明区段94中后续的空腔96的体积，使得随后产生的冷却速率对应于希望的冷却速率、即例如尽可能接近铸件的最高冷却速率或基于标记出的区域内的希望的材料特性。所产生空腔96的体积相对于区域92的体积之比在下面称为相对体积。这也适用于空腔32、34、36、38、40、42和44相对于区域70、72、74、76、78、80和82。根据冷却速率，相对体积优选在25和75％之间。在一种特别优选的实施方式中，除了冷却速率外，在设计空腔96的相对体积时也可考虑构件在相应区域92中后续的预期负荷。

现在再次参考根据本发明的铸造方法，第一芯件是指这样的芯件，其相对于其区域具有最小的体积、即最小相对体积。第二芯件是指具有最大相对体积的芯件。第一芯件因此比第二芯件具有更小的相对体积。其余六个芯件的相对体积介于第一和第二相对体积之间。

在步骤C中将八个芯件设置在铸模内。在此将八个芯件这样设置在铸模内，使得第一芯件位于具有第一冷却速率的区域中。参考传统的铸件，第一区域中的第一冷却速率大于设有第二芯件的第二区域中的第二冷却速率。第一芯件确保形成第一空腔30，第二芯件形成第二空腔44。此外，八个芯件优选这样设置在铸模内，使得它们位于这样的区域中，即：所述区域单独或共同具有占据整个铸件较大的体积。在根据现有技术的铸件中，这些区域也称为具有材料堆积的区域。

八个芯件通过支撑点或支撑结构设置在壳模100中。借助支撑结构可将两个或更多个芯件彼此连接，从而在后续的铸件中在两个或更多个芯件和/或所产生的铸件表面之间形成相应的连接通道。作为用于八个芯件并且优选也用于相应支撑结构的材料，使用铬矿砂。

在借助支撑结构将八个芯件设置在壳模100的第一半部中之后，例如通过粘接而连接壳模的第二半部与壳模100的第一半部。现在将壳模设置在铸造桶中并且在那里借助钢球固定，如已经由现有技术已知的那样。接着，在步骤D中从下方注入铸造材料、优选铸铁。

在铸模中的材料完全凝固之后，在步骤E中从铸模中取出完成的铸件。现有的八个芯件以及支撑结构可以以现有技术中已知的方式被移除。因此为此不再赘述。

在图1中清晰可见，空腔30、32、34、36、38、40、42和44占据各自的区域70、72、74、76、78、80和82的体积从变速器侧开始沿曲轴1的纵轴线3增大。因此，相对材料厚度随着增加的填充方向在各自的具有材料堆积的区域70、72、74、76、78、80和82中、即在设有芯件的位置上减小。芯件尤其是设置在主轴承20、22、24、26和28和/或连杆轴承10、12、14和16的区域中，因为在那里在铸造的曲轴1中通常基于材料堆积产生最小的冷却速率。

通过这种方式制造的本发明曲轴1在主轴承28的区域中具有借助第一芯件形成的空腔30。其它空腔32、36、40和44形成于连杆轴承10、12、14和16中。此外，在主轴承22、24和26上、即在具有材料堆积的区域中沿曲轴1的纵轴线3存在空腔34、38和42。通过这种方式可在相应位置上在铸造过程中鉴于凝固过程期间的冷却速率优化曲轴1的材料厚度。这又引起更高的冷却速度并且因此提高相应区域中的强度特性值，这是有利的。

Claims (15)

1.一种内燃机的复杂铸件、尤其是曲轴(1)或凸轮轴，包括：纵轴线(3)；沿纵轴线(3)的多个区域(70、72、74、76、78、80、82)；和第一空腔(30)，

其中，所述多个区域(70、72、74、76、78、80、82)中的每个区域(70、72、74、76、78、80、82)在铸造过程中在凝固过程期间具有特定的冷却速率；并且第一空腔设置在所述多个区域(70、72、74、76、78、80、82)中的第一区域中并且具有与第一区域的第一冷却速率相关的体积，由此在第一区域中的材料厚度与第一冷却速率相关。

2.根据权利要求1所述的复杂铸件，该铸件在所述多个区域(70、72、74、76、78、80、82)中的第二区域(82)中具有第二空腔(44)，该第二空腔的第二体积与第二区域的第二冷却速率相关，

其中，尤其是第一空腔(30)占据第一区域的体积小于第二空腔(44)占据第二区域(82)的体积，由此优选在该复杂铸件的第一区域中的第一材料厚度大于在该复杂铸件的第二区域(82)中的第二材料厚度。

3.根据上述权利要求之一所述的复杂铸件，其中，第一和/或第二区域(82)占据整个铸件的体积较大。

4.根据上述权利要求之一所述的复杂铸件，包括多个空腔(30、32、34、36、38、40、42、44)，所述多个空腔(30、32、34、36、38、40、42、44)中的每个空腔(30、32、34、36、38、40、42、44)设置在该铸件的区域(70、72、74、76、78、80、82)中，并且所述空腔(30、32、34、36、38、40、42、44)的相应体积与相应区域(70、72、74、76、78、80、82)的特定冷却速率相关，其中，所述相应体积尤其是沿该复杂铸件的纵轴线(3)增大，使得优选在对应空腔(30、32、34、36、38、40、42、44)的相应区域(70、72、74、76、78、80、82)中的材料厚度沿纵轴线(3)对应减小。

5.根据上述权利要求之一所述的复杂铸件，其中，该复杂铸件是曲轴(1)，并且所述多个区域(70、72、74、76、78、80、82)中的每个区域(70、72、74、76、78、80、82)至少部分地包括主轴承(20、22、24、26、28)或连杆轴承(10、12、14、16)。

6.根据上述权利要求之一所述的复杂铸件，其中，该复杂铸件是曲轴(1)，并且第一区域包括在曲轴(1)的一个轴向端部上的主轴承(28)和/或第二区域包括在曲轴(1)的相反轴向端部上的另一主轴承(20)。

7.根据上述权利要求之一所述的复杂铸件，其中，该复杂铸件是曲轴(1)，该曲轴在每个连杆轴承(10、12、14、16)中都具有一个空腔(32、36、40、44)，所述空腔(32、36、40、44)占据相应区域(70、74、78、82)的体积沿曲轴(1)的纵轴线(3)增大。

8.根据上述权利要求之一所述的复杂铸件，其中，该复杂铸件包括八个空腔(30、32、34、36、38、40、42、44)；和/或优选至少两个所述空腔(30、32、34、36、38、40、42、44)通过通道彼此连接。

9.一种内燃机，包括根据权利要求1至8之一所述的复杂铸件。

10.一种汽车，包括根据权利要求9所述的内燃机。

11.一种用于制造根据权利要求1至8之一所述的内燃机的复杂铸件、尤其是曲轴(1)或凸轮轴的铸造方法，该方法包括下述步骤：

(A)提供铸模；

(B)提供具有第一体积的第一芯件，该第一体积根据在凝固过程中铸件的多个区域(70、72、74、76、78、80、82)中的第一区域中的第一冷却速率选择出，

(C)将第一芯件这样设置在铸模中，使得该第一芯件在后续的铸造材料凝固过程中设置在第一区域中；

(D)将铸造材料填充到铸模中；

(E)在凝固过程完全结束后从铸模中取出完成的铸件。

12.根据权利要求11所述的铸造方法，包括下述步骤：

提供具有第二体积的第二芯件，该第二体积根据在凝固过程中铸件的所述多个区域(70、72、74、76、78、80、82)中的第二区域(82)中的第二冷却速率选择出，其中，尤其是第一芯件占据第一区域的第一体积小于第二芯件占据第二区域(82)的第二体积。

13.根据权利要求11或12之一所述的铸造方法，其中，提供多个芯件，所述芯件这样设置在铸模中，使得相应芯件的体积与其所在的相应区域(70、72、74、76、78、80、82)的特定冷却速率相关，并且尤其是相应体积沿待铸造的铸件的纵轴线(3)增大，并且相应区域(70、72、74、76、78、80、82)优选占据整个构件的体积较大并且尤其是具有相同的体积。

14.根据权利要求11至13之一所述的铸造方法，其中，作为第一、第二和/或所述多个芯件的材料，选择具有高散热速度的材料、优选铬矿砂。

15.根据权利要求11至14之一所述的铸造方法，其中，该铸造方法是壳模铸造方法。