DE102013015431A1

DE102013015431A1 - Method for producing a cast metallic component and cast metallic component

Info

Publication number: DE102013015431A1
Application number: DE201310015431
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-09-18
Filing date: 2013-09-18
Publication date: 2015-03-19

Abstract

Bei einem Verfahren zum Herstellen eines gegossenen metallischen Bauteiles 1, das einen Konturenbereich 2 mit einer Materialanhäufung 3 aufweist, sollen die Materialfestigkeit und Stabilität des erzeugten Gießproduktes erhöht und der Verfahrensaufwand verringert werden. Dafür wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass in einem der Materialanhäufung 3 entsprechenden Bereich des zu gießenden Bauteiles ein dauerhaft fester, aus einem nichtmetallischen, anorganischen Werkstoff gebildeter Formkörper 4 mittels einer Halterung in einer Gießform gelagert wird. Das zu gießende Bauteil wird nach Fertigstellung der Gießform mit dem jeweiligen Gießverfahren gegossen, wobei der Formkörper 4 als Verdrängungskörper vollständig oder teilweise mit einem flüssigen metallischen Gussmaterial 5 umgossen und dadurch kraftschlüssig in das gegossene metallische Bauteil 1 integriert wird.In a method for producing a cast metallic component 1, which has a contour region 2 with a material accumulation 3, the material strength and stability of the cast product produced are to be increased and the process outlay reduced. For this purpose, the invention proposes that in a material accumulation 3 corresponding portion of the component to be cast a permanently solid, formed from a non-metallic, inorganic material molding 4 is mounted by means of a holder in a mold. The component to be cast is poured after completion of the mold with the respective casting process, wherein the molded body 4 completely or partially encapsulated as a displacement body with a liquid metal casting material 5 and thereby non-positively integrated into the cast metal component 1.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines gegossenen metallischen Bauteiles mit einem eine Materialanhäufung aufweisenden Konturenbereich sowie ein gegossenes metallisches Bauteil mit einem eine Materialanhäufung aufweisenden Konturenbereich.The invention relates to a method for producing a cast metallic component with a contour region having a material accumulation and a cast metallic component having a contour region having a material accumulation.

Metallische Gießprodukte weisen häufig in ihrem Konturenbereich starke Materialanhäufungen auf, das sind Bereiche, die eine höhere Materialstärke aufweisen als angrenzende Abschnitte des Gießproduktes. Materialanhäufungen sind manchmal als formtechnisch bedingte Ergebnisse in Kauf zu nehmen, oder sie sind erforderlich, damit das Gießprodukt die erforderliche Stabilität aufweist. Solche Materialanhäufungen treten in vielen gegossenen Bauteilen des allgemeinen Maschinenbaus, der Fahrzeugtechnik, des Motorenbaus für Personenkraftwagen und für Nutzfahrzeuge auf. Bei einer gegossenen Kurbelwelle sind z. B. die Kurbelwellenlager und Pleuellager Bereiche mit Materialanhäufungen. Weitere Beispiele für gegossene Bauteile mit hohen Unterschieden in der Materialstärke sind insbesondere Zylinderkurbelgehäuse, Zylinderköpfe, Getriebegehäuse, Achsgehäuse und Bauteile des allgemeinen Maschinengusses.Metallic cast products often have in their contour area strong accumulations of material, which are areas that have a higher material thickness than adjacent sections of the cast product. Material accumulations are sometimes to be accepted as molding results, or they are required for the cast product to have the required stability. Such accumulations of material occur in many cast components of general mechanical engineering, automotive engineering, engine construction for passenger cars and commercial vehicles. In a cast crankshaft z. B. the crankshaft bearings and connecting rod bearings areas with accumulations of material. Further examples of cast components with high differences in material thickness are, in particular, cylinder crankcases, cylinder heads, gearbox housings, axle housings and components of general machine casting.

Problematisch ist bei der Herstellung gegossener metallischer Bauteile und insbesondere bei solchen mit starken Materialanhäufungen, dass es im Gießprozess während der Erstarrung des flüssigen Gussmaterials (Metallschmelze) zur Bildung von Lunkern bzw. von aufgelockertem Gefüge, Porositäten und damit zu geringeren Materialfestigkeiten kommt. Dadurch sind die gegossenen Bauteile im Bereich des aufgelockerten Gefüges des Gussmaterials geschwächt. Der Lunker verursacht als Gussfehler einen Ausschuss und Totalverlust.It is problematic in the production of cast metal components and especially in those with strong accumulations of material that it comes in the casting process during the solidification of the liquid casting material (molten metal) to form voids or loosened structure, porosities and thus lower material strengths. As a result, the cast components are weakened in the area of the loosened structure of the casting material. The voids caused as casting errors a committee and total loss.

Die meisten Metalle und Metalllegierungen haben im flüssigen Zustand ein größeres spezifisches Volumen als im festen Zustand. Beim Abkühlen und Erstarren des gegossenen Bauteiles in der Gießform führen die Volumenabnahme (Schwindung) des Gussmaterials und die Ausbildung eines Temperaturunterschiedes zwischen äußeren und inneren Schichten des abkühlenden Gießproduktes dazu, dass in dem Gießprodukt Lunker (d. h. Hohlräume) entstehen: Die Abkühlungsgeschwindigkeit ist in den äußeren Schichten des gegossenen Bauteiles größer als in den inneren Schichten, was zur Folge hat, dass eine äußere Schicht, die schon einen Temperaturabfall und damit eine Volumenverkleinerung durchlaufen hat, einen inneren Bereich mit Gussmaterial einschließt, der noch eine größere Schwindung durchlaufen muss. Somit wird dem inneren Bereich ein größerer Raum zugewiesen als er im abgekühlten Zustand ausfüllen kann, sodass schließlich mindestens ein großer Hohlraum oder viele kleine Hohlräume (Lunker) in dem Gießprodukt zurückbleibt bzw. zurückbleiben.Most metals and metal alloys have a greater specific volume in the liquid state than in the solid state. During cooling and solidification of the cast component in the casting mold, the decrease in volume (shrinkage) of the casting material and the formation of a temperature difference between outer and inner layers of the cooling casting lead to voids (ie cavities) in the cast product: the cooling rate is in the outer Layers of the cast component greater than in the inner layers, with the result that an outer layer, which has already undergone a drop in temperature and thus a reduction in volume, includes an inner area with casting material, which still has to undergo a major shrinkage. Thus, the inner area is assigned a larger space than it can fill in the cooled state, so that finally at least one large cavity or many small voids (voids) remain in the cast product or remain behind.

Die Problematik der Lunkerbildung ist in Konturenbereichen mit Materialanhäufungen größer als in angrenzenden Konturenbereichen mit einer geringeren Materialstärke, da bei letzten der Temperaturunterschied innerhalb des Gussquerschnittes geringer ist. In Konturenbereichen mit Materialanhäufungen bleibt das Gussmaterial im Inneren länger flüssig als in angrenzenden Bereichen mit geringerer Materialstärke. Wenn die Erstarrung und damit eine starke Volumenkontraktion in den Bereichen mit Materialanhäufungen einsetzen, sind die angrenzenden Bereiche bereits fest, so dass keine Schmelze zum Auffüllen der sich bildenden Hohlräume nachgeführt werden kann. An der Außenseite gelegene Außenlunker (offene Lunker) und/oder im Inneren des Gießproduktes gebildete Innenlunker sind die Folge. – Andere Porositäten im Gießprodukt gehen auf die Bildung von Blasen zurück, wenn während der Erstarrung in der Schmelze gelöste Gase freigesetzt werden.The problem of voids formation is greater in contour areas with accumulations of material than in adjacent contour areas with a lower material thickness, since in the last case the temperature difference within the casting cross-section is smaller. In contour areas with accumulations of material, the casting material remains liquid inside for longer than in adjacent areas of lesser material thickness. If the solidification and thus a strong volume contraction in the areas with accumulations of material use, the adjacent areas are already fixed so that no melt can be tracked to fill the forming cavities. Outer voids (open voids) located on the outside and / or inner voids formed in the interior of the cast product are the result. - Other porosities in the cast product are due to the formation of bubbles when dissolved during solidification in the melt dissolved gases.

Durch formtechnische und gießereitechnische Maßnahmen wird versucht, Lunkerbildung zu vermeiden, indem angestrebt wird, die Abkühlung in verschieden dicken Querschnitten des Gießproduktes nach Möglichkeit auszugleichen: Liegen starke Materialanhäufungen im Außenbereich eines Gießproduktes, können beispielsweise offene oder geschlossene Speiser oder andere Reservoire für flüssiges Metall an eine verwendete Gießform angesetzt werden, um die Volumenschwindung durch Zuführung von Metallschmelze auszugleichen. Sind jedoch starke Materialanhäufungen im nicht oder schwer zugänglichen inneren Konturenbereich vorhanden, wird die Anordnung von Speisern oder dergleichen nahezu unmöglich. In diesem Fall können von innen z. B. Kühlkokillen oder andere innere Kühlkörper an eine Außen- oder Kernform angelegt werden, um einer Lunkerneigung entgegenzuwirken (sogenannte gelenkte Abkühlung). Eine raschere Erstarrung schwächt die Lunkerneigung im Gießprodukt ab. Formtechnische und gießereitechnische Maßnahmen sind jedoch aufwändig und führen nicht immer zum gewünschten Ziel.By molding technology and foundry technical measures is trying to avoid voids formation by seeking to compensate for the cooling in different thicknesses cross sections of the cast product as possible: If strong accumulations of material in the outer region of a cast product, for example, open or closed feeders or other reservoirs for liquid metal to a mold used to compensate for the volume shrinkage by supplying molten metal. However, if there are strong accumulations of material in the non-accessible or difficult to access inner contour area, the arrangement of feeders or the like is almost impossible. In this case, from the inside z. B. cooling molds or other inner heat sink to an outer or core shape are applied to counteract a Lunkerneigung (so-called controlled cooling). A faster solidification weakens the Lunkerneigung in the cast product. Form technical and foundry technical measures are complex and do not always lead to the desired goal.

Starke Materialanhäufungen haben außer dem erschwerten Gießprozess und der Gefahr einer geringeren Materialfestigkeit ferner den Nachteil, dass sie zu einem hohen Gewicht des Gießproduktes führen, insbesondere wenn Werkstoffe mit einer hohen Dichte zum Einsatz kommen, wie beispielsweise bei gegossenen Bauteilen für den allgemeinen Fahrzeugbedarf. Maßnahmen zur Gewichtsreduktion bei gegossenen Bauteilen für eine Brennkraftmaschine sind aus dem Stand der Technik bekannt. So wird beispielsweise in der DE 43 14 138 C1 und in der GB 644,841 vorgeschlagen, in einer gegossenen Kurbelwelle Hohlräume freizusparen oder Ausnehmungen in der Außenkontur vorzusehen, um das Gewicht des gegossenen Bauteiles zu reduzieren. Durch diese Maßnahmen werden zwar Vorteile hinsichtlich des Gewichtes der Kurbelwelle erzielt, jedoch auf Kosten der mechanischen Stabilität (insbesondere der Steifigkeit) des gegossenen Bauteiles gegenüber einer massiven Bauweise. Um einem Stabilitätsverlust entgegenzuwirken, wird in der WO 03/016730 A1 vorgeschlagen, hohl ausgebildete Metallformkörper aus Stahl in die Kurbelwelle einzugießen, während in der WO 03/016729 A1 offenbart wird, in die Kurbelwelle darin verbleibende Metallschaum-Körper einzugießen oder während des Gießens freigesparte Hohlräume mit Metallschäumen oder anderen stabilisierenden Füllmaterialien (z. B. untereinander verklebte Eisen- oder Stahlhohlkugeln) nachträglich aufzufüllen. Derartige Kurbelwellen weisen immer noch eine verringerte mechanische Belastbarkeit auf, da sich die eingegossenen Metallschaum-Körper oder die mit stabilisierendem Füllmaterial verstärkten Hohlräume beim Einwirken von äußeren mechanischen Kräften verformen können.In addition to the difficult casting process and the risk of lower material strength, heavy material accumulations have the further disadvantage that they lead to a high weight of the cast product, in particular when materials with a high density are used, such as, for example, cast components for general vehicle requirements. Measures for weight reduction in cast components for an internal combustion engine are known from the prior art. For example, in the DE 43 14 138 C1 and in the GB 644,841 proposed in one cast crankshaft voids free or provide recesses in the outer contour to reduce the weight of the cast component. Although these measures are achieved in terms of the weight of the crankshaft, but at the expense of mechanical stability (in particular the rigidity) of the cast component compared to a solid construction. To counteract a loss of stability, is in the WO 03/016730 A1 proposed to pour hollow formed metal moldings of steel into the crankshaft, while in the WO 03/016729 A1 discloses to infuse remaining in the crankshaft metal foam body or filled during casting freespared cavities with metal foams or other stabilizing filler materials (eg., Glued together with each other iron or steel balls) subsequently. Such crankshafts still have a reduced mechanical strength, since the cast-metal foam body or reinforced with stabilizing filler cavities can deform when exposed to external mechanical forces.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines gegossenen metallischen Bauteiles bereitzustellen, durch welches die Materialfestigkeit und Stabilität des Gießproduktes erhöht und der Herstellungsaufwand verringert wird. Eine weitere Aufgabe ist es, ein gegossenes metallisches Bauteil mit verbessertem Gefüge im Gussmaterial sowie erhöhter mechanischer Stabilität zu schaffen.The present invention has for its object to provide a method for producing a cast metal component, by which increases the material strength and stability of the cast product and the production cost is reduced. Another object is to provide a cast metallic component with improved microstructure in the cast material and increased mechanical stability.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zum Herstellen eines gegossenen metallischen Bauteiles mit einem eine Materialanhäufung aufweisenden Konturenbereich derart gelöst, dass in einem der Materialanhäufung entsprechenden Bereich des zu gießenden Bauteiles ein dauerhaft fester, aus einem nichtmetallischen, anorganischen Werkstoff gebildeter Formkörper mittels einer Halterung in einer Gießform gelagert wird. Das zu gießende Bauteil wird nach Fertigstellung der Gießform mit dem jeweiligen Gießverfahren gegossen, wobei der Formkörper als Verdrängungskörper vollständig oder teilweise mit einem flüssigen metallischen Gussmaterial umgossen und dadurch kraftschlüssig in das gegossene metallische Bauteil integriert wird.This object is achieved in a method for producing a cast metallic component with a contoured area having a material accumulation such that in a material accumulation corresponding portion of the component to be cast a permanently solid, formed from a non-metallic inorganic material molding by means of a holder in a mold is stored. The component to be cast is poured after completion of the mold with the respective casting process, wherein the molded body is completely or partially encapsulated as a displacement body with a liquid metal casting material and thereby non-positively integrated into the cast metal component.

Erfindungsgemäß wird ein aus einem nichtmetallischen, anorganischen Werkstoff gefertigter Formkörper (also eine nichtmetallische Komponente) in den die Materialanhäufung aufweisenden Konturenbereich des metallischen Bauteiles eingegossen. Dabei handelt es sich um einen dauerhaft festen Formkörper, der nach dem Gießen als formstabile Komponente in dem Gießprodukt integriert ist. Der Formkörper zersetzt sich (anders als die bekannten Sandkerne oder Gießkerne, die zum Freisparen von Hohlräumen beim Gießen eingesetzt werden,) nach dem Gießen nicht in seine einzelnen Komponenten. Im Vergleich zu hohlgegossenen Bauteilen oder solchen mit integrierten Metallschäumen wird somit durch den Einsatz eines dauerhaft festen Formkörpers, der nach dem Gießen in dem Gießprodukt verbleibt – also nicht aus ihm entfernt wird – (siehe unten), die mechanische Stabilität des gegossenen metallischen Bauteiles erhöht.According to the invention, a molded body made of a non-metallic, inorganic material (ie, a non-metallic component) is poured into the contour region of the metallic component having the material accumulation. It is a permanently solid shaped body, which is integrated after casting as a dimensionally stable component in the cast product. The molded body does not decompose (unlike the known sand cores or cores used to clear cavities during casting) after casting into its individual components. In comparison to hollow cast components or those with integrated metal foams, the mechanical stability of the cast metallic component is thus increased by the use of a permanently solid shaped body which remains in the cast product after casting - ie not removed from it (see below).

Mittels einer Halterung wird der Formkörper in einem der Materialanhäufung entsprechenden Konturenbereich der Gießform angeordnet. Der Formkörper bildet somit einen Verdrängungskörper für die Schmelze. Dadurch wird beim Gießen der Anteil an metallischem Werkstoff in dem Konturenbereich mit Materialanhäufung reduziert, was zur Folge hat, dass Temperaturunterschiede innerhalb des Wandquerschnittes der Materialanhäufung verringert werden. Über die Abmessungen und Formgebung des Formkörpers kann der Abkühlungs- und Erstarrungsprozess im Bereich der Materialanhäufung somit an den Abkühlungs- und Erstarrungsprozess in den angrenzenden Bereichen des Bauteiles, die eine geringere Materialstärke aufweisen, angepasst werden. Durch eine geeignete Angleichung der Abkühlung in den verschieden dicken Querschnitten wird die Erstarrung im Gießprodukt derart gelenkt, dass die Bildung von Lunkern, aufgelockertem Gefüge etc. verhindert bzw. reduziert werden. Durch das gezielte Eingießen eines Verdrängungskörpers in einen Bereich mit Materialanhäufung wird das Gefüge im Gussmaterial verbessert und somit die Materialfestigkeit im gegossenen Bauteil erhöht. – Auf die Verwendung eines Reservoirs für flüssiges Gussmaterial (z. B. eines Speisers) oder eines Kühlkörpers (z. B. einer Kühlplatte oder Kühlkokille) im Bereich der Materialanhäufung zur Vermeidung von Lunkern kann somit im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens verzichtet werden.By means of a holder, the shaped body is arranged in a contours region of the casting mold corresponding to the material accumulation. The shaped body thus forms a displacement body for the melt. As a result, during casting, the proportion of metallic material in the contour region is reduced with accumulation of material, with the result that temperature differences within the wall cross-section of the material accumulation are reduced. As a result of the dimensions and shape of the shaped body, the cooling and solidification process in the area of material accumulation can thus be adapted to the cooling and solidification process in the adjacent regions of the component, which have a lower material thickness. By a suitable approximation of the cooling in the different thickness cross-sections, the solidification in the cast product is directed so that the formation of voids, loosened structure, etc. prevented or reduced. The deliberate pouring of a displacement body in an area with accumulation of material improves the structure in the casting material and thus increases the material strength in the cast component. The use of a reservoir for liquid casting material (for example a feeder) or a cooling body (for example a cooling plate or cooling mold) in the area of accumulation of material to avoid blowholes can thus be dispensed with in the context of the method according to the invention.

Die im Konturenbereich mit Materialanhäufung um den eingegossenen Formkörper herum verbleibende metallische Materialstärke (Wandstärke) wird an das jeweilige zu gießende Bauteil angepasst. Sie hängt u. a. ab von der erforderlichen Stabilität, von im Bauteil auftretenden Spannungen usw. Es ist vorteilhaft, wenn die den Formkörper umgebende Materialstärke des Gussmaterials an die Wandstärke eines angrenzenden Konturenbereiches im wesentlichen angeglichen wird, d. h. es keine große Differenz in den metallischen Wandstärken gibt.The metal material thickness (wall thickness) remaining in the contour region with the accumulation of material around the cast-in molded body is adapted to the particular component to be cast. It depends u. a. It is advantageous if the material thickness of the casting material surrounding the shaped body is substantially matched to the wall thickness of an adjacent contour area, that is, from the required stability. H. there is no big difference in the metallic wall thicknesses.

Ob ein Formkörper vollständig oder teilweise im Gussmaterial eingegossen wird, hängt ebenfalls vom jeweiligen gegossenen Bauteil ab. Abmessungen und Formgebung des Formkörpers sind den jeweiligen Anforderungen entsprechend zu wählen. In jedem Fall wird erfindungsgemäß eine kraft- und formschlüssige Verbindung zwischen nichtmetallischem Formkörper und metallischem Bauteil geschaffen, da das Gussmaterial beim Abkühlen infolge des Volumenschwundes auf den festen, harten Formkörper „aufschrumpft”. Der Formkörper wird somit fest (dauerhaft) in das gegossene Bauteil integriert. Er verbleibt also nach dem Gießen in dem gegossenen Bauteil. Er wird nicht nachträglich entfernt. Es ist vorteilhaft, wenn er nicht im Rahmen einer Nacharbeitung behandelt werden muss.Whether a molding is cast completely or partially in the casting material also depends on the particular cast component. Dimensions and shape of the molding must be selected according to the respective requirements. In any case, according to the invention a positive and positive connection between created non-metallic moldings and metallic component, since the casting material "shrinks" during cooling due to the volume shrinkage on the solid, hard moldings. The molded body is thus firmly (permanently) integrated into the cast component. It thus remains in the cast component after casting. He will not be removed afterwards. It is advantageous if it does not have to be treated during a rework.

Dadurch, dass in dem Gießverfahren bzw. in dem gegossenen Bauteil in dem Konturenbereich mit Materialanhäufung ein bestimmtes Volumen des metallischen Gussmaterials mit hoher Dichte durch einen Formkörper aus einem im Vergleich zum Gießmetall leichteren, nichtmetallischen, anorganischen Werkstoff ersetzt wird, wird das Gewicht des gegossenen Bauteiles reduziert, was sich besonders vorteilhaft bei Gießprodukten für den allgemeinen Fahrzeugbedarf auswirkt.The fact that in the casting process or in the cast component in the contour region with accumulation of material a certain volume of high-density metal casting material is replaced by a molding of a lighter, non-metallic, inorganic material compared to the casting metal, the weight of the cast component reduced, which is particularly advantageous for cast products for general vehicle needs.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein aus Keramik oder aus einem Feuerfestmaterial gebildeter Formkörper eingegossen. Im Vergleich zu metallischen Werkstoffen haben Werkstoffe aus Keramik oder Feuerfestmaterial eine geringere Dichte (zwischen 1,8 und 2,2 g/cm³), sodass eine gezielte Gewichtsreduzierung an dem gegossenen metallischen Bauteil erreichbar ist. Dabei wird die Höhe der Gewichtseinsparung bestimmt durch die Differenz der Dichte der verwendeten Werkstoffe und durch die Größe des metallischen Volumens, das durch einen oder mehrere nichtmetallische Formkörper ersetzt wird.In an advantageous development of the method according to the invention, a molded body made of ceramic or of a refractory material is cast. In comparison to metallic materials, materials made of ceramic or refractory have a lower density (between 1.8 and 2.2 g / cm ³ ), so that a targeted weight reduction can be achieved on the cast metal component. The amount of weight reduction is determined by the difference in the density of the materials used and by the size of the metallic volume, which is replaced by one or more non-metallic moldings.

Keramik und Feuerfestmaterial bieten insbesondere folgende Vorteile: hohe Temperaturbeständigkeit, relativ dichtes Gefüge und hohe mechanische Stabilität (z. B. Druckfestigkeit), akzeptable Fertigungstoleranz, Eignung zur Massenproduktion. Für die Bildung eines Formkörpers aus Keramik zum Eingießen in ein gegossenes metallisches Bauteil können silikatische Werkstoffe (Silikatkeramik), oxidische Werkstoffe (Oxidkeramik) und nichtoxidische Werkstoffe (Nichtoxidkeramik) zum Einsatz kommen. Silikatische Werkstoffe haben dabei den Vorteil der geringsten Kosten, während sich die oxidischen Werkstoffe durch hervorragende Eigenschaften wie Stabilität und Festigkeit auszeichnen.Ceramics and refractory materials offer the following advantages in particular: high temperature resistance, relatively dense microstructure and high mechanical stability (eg compressive strength), acceptable manufacturing tolerance, suitability for mass production. Silicate materials (silicate ceramics), oxidic materials (oxide ceramics) and non-oxide materials (non-oxide ceramics) can be used to form a ceramic shaped body for casting into a cast metallic component. Silicate materials have the advantage of the lowest cost, while the oxidic materials are characterized by excellent properties such as stability and strength.

Gemäß einer vorteilhaften Variante wird ein keramischer Formkörper aus Siliciumcarbid eingegossen. Dieser nichtoxidische Werkstoff bietet den Vorteil einer sehr hohen Wärmeleitfähigkeit. Wenn ein aus einem solchen Material gebildeter Formkörper beim Gießen in das zu gießende Bauteil eingegossen wird, kann in der Gießform der Vorteil erzielt werden, dass durch eine Kühlwirkung die Erstarrungsgeschwindigkeit des den Formkörper umgebenden flüssigen Metalls an der Kontaktfläche zum Formkörper erhöht wird. Diese gerichtete Erstarrung bietet einen Kühleffekt, der dazu beiträgt, die Bildung von Lunkern und Porositäten zu vermeiden.According to an advantageous variant, a ceramic molded body made of silicon carbide is poured. This non-oxide material offers the advantage of a very high thermal conductivity. If a shaped body formed from such a material is poured into the component to be cast during casting, the advantage can be achieved in the casting mold that the solidification rate of the liquid metal surrounding the molding body is increased at the contact surface to the molding body by a cooling effect. This directional solidification provides a cooling effect that helps prevent the formation of voids and porosities.

Um den Formkörper so zu realisieren, dass er in Abmessungen und Formgebung an die Anforderungen in dem jeweils zu gießenden Bauteil angepasst ist, kann er vorteilhafterweise durch Pressen, Gießen, Spritzgießen, von Hand gefertigt oder auf eine andere Art und Weise aus dem nichtmetallischen, anorganischen Werkstoff hergestellt sein. Dabei müssen die Werkstoffe zur Bildung eines dauerhaft festen Formkörpers nicht zwingend gebrannt sein. Zur Härtung des Formkörpers kommen auch eine einfache Trocknung, eine hydraulische Bindung oder chemische Bindung in Betracht. Für derartige Fertigungen und individuelle Formgebungen eignen sich keramische Werkstoffe und Feuerfestmaterialien besonders gut.In order to realize the shaped body so that it is adapted in dimensions and shape to the requirements in the respective component to be cast, it can be advantageously made by pressing, casting, injection molding, by hand or in another way from the non-metallic, inorganic Be made of a material. The materials need not necessarily be fired to form a permanently solid shaped body. For hardening of the shaped body, a simple drying, a hydraulic bond or chemical bonding come into consideration. Ceramic materials and refractory materials are particularly suitable for such production and individual shapes.

Es ist vorteilhaft, wenn ein Formkörper mit einer glatten Oberfläche eingegossen wird. Wenn die Gießform in Vorbereitung des Gießprozesses von innen mit Schlichte überzogen wird, bleibt durch seine glatte Oberfläche möglichst keine Schlichte am Formkörper haften, da eine direkte form- und kraftschlüssige Verbindung zwischen Formkörper und Metallüberzug ohne trennende Zwischenschicht bevorzugt wird.It is advantageous if a molded body is cast with a smooth surface. If the mold is coated in the preparation of the casting process from the inside with size, remains as possible by its smooth surface no sizing on the molding, as a direct positive and non-positive connection between the molding and metal coating without separating intermediate layer is preferred.

Damit der Formkörper positionsgenau in das zu gießende Bauteil eingegossen werden kann, wird er mit einer Halterung versehen, um ihn in der Gießform lagern zu können. Unter Halterung wird dabei ein Formträger verstanden, mit dem der Formkörper verbunden wird. Der in die Gießform montierte Formträger positioniert den Formkörper in allen Richtungen lagegenau. Art, Form und Befestigung der Halterung können sehr unterschiedlich sein und hängen von den Gegebenheiten und Anforderungen im zu gießenden Bauteil ab, z. B. Form, Größe und Position des zu lagernden Formkörpers, Art des eingesetzten Gießverfahrens, Art des verwendeten Gussmaterials etc. Die Halterung kann nach der Herstellung des Formkörpers an diesem angebracht werden. Es kann vorteilhaft sein, wenn die Halterung aus Metall gebildet ist. Dabei ist das Metall der Halterung bevorzugt an das verwendete Gussmaterial angepasst, d. h. es entspricht in seiner Art jeweils dem verwendeten Gussmaterial. Dadurch weist die Halterung während des Gießens genug Stabilität auf, um den Formkörper in Position zu halten, und geht eine feste Verbindung mit dem Gussmaterial ein. In einer vorteilhaften Weiterbildung weist die Halterung in Bereichen, die beim Gießen des Bauteiles mit dem flüssigen metallischen Gussmaterial in Kontakt kommen, eine strukturiere Oberfläche auf. Die strukturierte Oberfläche trägt dazu bei, dass die Halterung randlich im Kontakt mit dem flüssigen Gussmaterial leichter anschmilzt, um die Halterung und damit auch den Formkörper fest in das gegossene Bauteil zu integrieren.Thus, the molded body can be poured accurately positioned in the component to be cast, it is provided with a holder to store it in the mold can. Under support is understood to mean a mold carrier, with which the molded body is connected. The mold carrier mounted in the mold positions the molded body in all directions. Type, shape and mounting of the holder can be very different and depend on the circumstances and requirements in the component to be cast, z. B. shape, size and position of the molded body to be stored, type of casting method used, type of casting material used, etc. The holder can be attached to this after the production of the molding. It may be advantageous if the holder is formed of metal. In this case, the metal of the holder is preferably adapted to the casting material used, d. H. it corresponds in its kind to the casting material used. As a result, the fixture has sufficient stability during casting to hold the shaped body in position and makes a firm connection with the casting material. In an advantageous development, the holder has a structured surface in areas which come into contact with the liquid metallic cast material during the casting of the component. The structured surface contributes to the fact that the holder melts marginally in contact with the liquid casting material in order to firmly integrate the holder and thus also the shaped body into the cast component.

Als Gießverfahren, mit denen das metallische Bauteil vorteilhaft gegossen werden kann, sind zu nennen: Sandguss, Kokillenguss, Druckguss, alle Einweg- und Dauerformen. As a casting process, with which the metallic component can be cast advantageous, are: sand casting, chill casting, die casting, all disposable and permanent molds.

Vorteilhafterweise können folgende metallische Werkstoffe zum Gießen des Bauteiles verwendet werden: Leichtmetalle, Buntmetalle, alle Eisen- und Stahlgusswerkstoffe (Metalle und Legierungen).Advantageously, the following metallic materials can be used for casting the component: light metals, non-ferrous metals, all iron and steel cast materials (metals and alloys).

Ferner wird die oben genannte Aufgabe bei einem gegossenen metallischen Bauteil mit einem eine Materialanhäufung aufweisenden Konturenbereich, wobei der Konturenbereich einen eingegossenen Formkörper aufweist, der vollständig oder teilweise vom metallischen Gussmaterial umgeben ist, dadurch gelöst, dass es sich um einen dauerhaft festen Formkörper handelt, der aus einem nichtmetallischen, anorganischen Werkstoff gebildet ist.Furthermore, the above-mentioned object is achieved in a cast metallic component having a material accumulation contour region, wherein the contour region has a cast molded body which is completely or partially surrounded by the metallic casting material, that it is a permanently solid molding, the is formed of a non-metallic, inorganic material.

Bei dem gegossenen metallischen Bauteil weist der Konturenbereich mit Materialanhäufung erfindungsgemäß einen nichtmetallischen, anorganischen Formkörper und metallisches Gussmaterial, das den Formkörper umgibt, auf. Dadurch dass ein dauerhaft fester (also formstabiler) Formkörper kraft- und formschlüssig in das gegossene metallische Bauteil integriert ist, er also als Bestandteil des gegossenen Bauteils dauerhaft in ihm verbleibt, weist das erfindungsgemäße gegossene metallische Bauteil eine höhere mechanische Stabilität auf als hohlgegossene Bauteile oder als Bauteile, die mit Metallschäumen oder anderem Füllmaterial gefüllte Hohlräume haben. Ferner hat das erfindungsgemäße metallische Bauteil eine verbesserte Materialfestigkeit bezogen auf das Metallgefüge, da infolge des eingegossenen Formkörpers Lunkerbildungsvorgänge im Gießprodukt verhindert bzw. vermindert wurden. Ein weiterer Vorteil ist, dass der eingegossene Formkörper in dem gegossenen Bauteil metallisches Gussmaterial ersetzt, wodurch eine Gewichtsreduktion des Bauteiles erreicht ist.In the cast metallic component, the contour region with accumulation of material according to the invention has a non-metallic, inorganic shaped body and metallic casting material which surrounds the shaped body. The fact that a permanently solid (ie dimensionally stable) molded body is non-positively and positively integrated into the cast metal component, so it permanently as a component of the cast component remains in him cast metal component according to the invention has a higher mechanical stability than hollow cast components or as Components that have cavities filled with metal foams or other filling material. Furthermore, the metallic component according to the invention has an improved material strength with respect to the metal structure, since voids forming processes in the cast product have been prevented or reduced as a result of the cast molding. Another advantage is that the cast molded body in the cast component replaces metallic casting material, thereby achieving weight reduction of the component.

Bei einem erfindungsgemäßen, gegossenen metallischen Bauteil kann es sich beispielhaft um eine Kurbelwelle für PKW- oder Nutzfahrzeuge, ein Zylinderkurbelgehäuse, einen Zylinderkopf, ein Getriebegehäuse, ein Achsgehäuse oder um ein Bauteil des allgemeinen Maschinengusses handeln.A cast metallic component according to the invention may, for example, be a crankshaft for passenger cars or commercial vehicles, a cylinder crankcase, a cylinder head, a transmission housing, an axle housing or a component of general machine casting.

Vorteilhafte Ausführungsformen des gegossenen metallischen Bauteiles sind in den Unteransprüchen angegeben, wobei die Vorteile der einzelnen Maßnahmen bereits im Zusammenhang mit der Erläuterung des obigen Verfahrens beschrieben wurden, auf die zur Vermeidung von Wiederholungen verwiesen wird.Advantageous embodiments of the cast metal component are specified in the subclaims, wherein the advantages of the individual measures have already been described in connection with the explanation of the above method, to which reference is made to avoid repetition.

Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch einen Formkörper zum Eingießen in ein gegossenes metallisches Bauteil zur Verwendung in einem oben beschriebenen Gießverfahren bzw. zur Herstellung eines oben beschriebenen gegossenen metallischen Bauteiles. Dabei handelt es sich um einen dauerhaft festen Formkörper, der aus einem nichtmetallischen, anorganischen Werkstoff gebildet ist. Der erfindungsgemäße Formkörper ist als ein in dem gegossenen metallischen Bauteil verbleibender Verdrängungskörper in einen eine Materialanhäufung aufweisenden Konturenbereich des zu gießenden Bauteiles eingießbar.The object is further achieved by a shaped body for pouring into a cast metallic component for use in a casting method described above or for producing a cast metal component described above. It is a permanently solid shaped body, which is formed of a non-metallic, inorganic material. The shaped body according to the invention is, as a displacement body remaining in the cast metallic component, pourable into a contour region of the component to be cast which has a material accumulation.

Vorteilhafte Ausführungsformen des Formkörpers sind in den Unteransprüchen angegeben, wobei die Vorteile der einzelnen Maßnahmen bereits im Zusammenhang mit der Erläuterung des obigen Verfahrens beschrieben wurden, auf die zur Vermeidung von Wiederholungen verwiesen wird.Advantageous embodiments of the shaped body are specified in the subclaims, wherein the advantages of the individual measures have already been described in connection with the explanation of the above method, to which reference is made to avoid repetition.

In den Zeichnungen sind schematisch Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen gegossenen metallischen Bauteiles, das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Formkörpers hergestellt wurde, dargestellt. Es zeigen:In the drawings, exemplary embodiments of a cast metallic component according to the invention, which was produced by the method according to the invention using a shaped body according to the invention are shown schematically. Show it:

1 einen Ausschnitt eines gegossenen metallischen Bauteiles mit Innenlunker (Stand der Technik), 1 a section of a cast metal component with inner cavity (prior art),

2 einen Ausschnitt eines gegossenen metallischen Bauteiles mit Außenlunker (Stand der Technik), 2 a section of a cast metal component with external cavity (prior art),

3 einen Ausschnitt eines gegossenen metallischen Bauteiles mit aufgesetztem Speiser (Stand der Technik), 3 a section of a cast metal component with attached feeder (prior art),

4 einen Ausschnitt eines gegossenen metallischen Bauteiles mit angelegten Kokillen (Stand der Technik), 4 a section of a cast metal component with applied molds (prior art),

5 einen Ausschnitt aus einer massiv gegossenen Kurbelwelle (Stand der Technik), 5 a section of a solidly cast crankshaft (prior art),

6 einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen, gegossenen metallischen Bauteiles und 6 a section of a cast metal component according to the invention and

7 einen Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen gegossenen Kurbelwelle. 7 a section of a cast crankshaft according to the invention.

In den 1 bis 4 sind gegossene metallische Bauteile 1 aus dem Stand der Technik im Schnitt schematisch dargestellt. Zu erkennen ist jeweils ein Konturenbereich 2, der eine Materialanhäufung 3 (d. h. einen Bereich mit hoher Materialstärke) aufweist. Die Materialanhäufung 3 ist vollständig aus metallischem Gussmaterial 5 gebildet. An den Konturenbereich 2 mit Materialanhäufung 3 grenzt jeweils ein Konturenbereich 7 an, der eine im Vergleich zur Materialanhäufung 3 wesentlich geringere Materialstärke (Wandstärke 6a) aufweist. Beim Abkühlen und Erstarren der in 1 und 2 gezeigten gegossenen Bauteile 1 in einer Gießform hat die Volumenabnahme des Gussmaterials 5 zur Ausbildung von Hohlräumen geführt, und zwar zeigen 1 einen Innenlunker 11 und 2 einen Außenlunker 12. Die Entstehung von Lunkern wurde in der Beschreibungseinleitung erläutert.In the 1 to 4 are cast metallic components 1 schematically shown in section from the prior art. In each case a contour area can be seen 2 that a material accumulation 3 (ie a region of high material thickness). The material accumulation 3 is completely made of metallic casting material 5 educated. To the contour area 2 with material accumulation 3 each borders a contour area 7 on, the one in comparison for material accumulation 3 much lower material thickness (wall thickness 6a ) having. When cooling and solidifying in 1 and 2 shown cast components 1 in a casting mold has the volume decrease of the casting material 5 led to the formation of cavities, namely show 1 an inner luller 11 and 2 an outer luller 12 , The formation of voids was explained in the introduction to the description.

3 zeigt schematisch eine aus dem Stand der Technik bekannte Maßnahme zur Lunkervermeidung, und zwar wird im Bereich der Materialanhäufung 3 an der Gießform ein Reservoir für flüssiges Gussmaterial 5 (gezeigt ist hier beispielhaft ein aufgesetzter Speiser 13) vorgesehen. Während der Erstarrung durch Volumenschwindung auftretende Hohlräume können noch durch aus dem Speiser 13 nachfließende Schmelze gefüllt und dadurch die Bildung von Lunkern vermieden werden. Nach dem Gießen müssen die Speiser 13 sorgfältig vom gegossenen Bauteil 1 wieder abgetrennt werden. 3 shows schematically a known from the prior art measure for voucher avoidance, and that is in the field of material accumulation 3 on the mold, a reservoir for liquid casting material 5 (shown here is an example of an attached feeder 13 ) intended. During solidification by volume shrinkage occurring cavities can still pass out of the feeder 13 inflowing melt filled and thereby the formation of voids can be avoided. After pouring, the feeders must 13 carefully from the cast component 1 be separated again.

4 zeigt schematisch eine weitere aus dem Stand der Technik bekannte Maßnahme zur Lunkervermeidung. Hier sind im Bereich der durch Lunkerung gefährdeten Materialanhäufung 3 Kühlkokillen 14 angelegt, die dafür sorgen, dass Wärme schnell über die äußeren Schichten aus den inneren Schichten abgeführt wird (gelenkte Abkühlung). Auch Kühlkokillen 14 oder andere Kühlkörper müssen nach dem Gießen sorgfältig vom gegossenen Bauteil 1 entfernt werden. Außerdem ist nachteilig, dass sie bei unsachgemäßer Anwendung die Ursache für Gasblasen, Schaum- und Schlackenstellen bilden. 4 schematically shows a further known from the prior art measure for voucher avoidance. Here are in the range of the accumulation of material threatened by fouling 3 chills 14 designed to ensure that heat is dissipated quickly through the outer layers of the inner layers (controlled cooling). Also cooling molds 14 or other heatsinks must be carefully poured from the molded part after casting 1 be removed. Another disadvantage is that they form the cause of gas bubbles, foam and slag spots when used improperly.

Bei dem in 6 ausschnittsweise in einem Schnitt dargestellten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen, gegossenen metallischen Bauteiles 1 ist ein Konturenbereich 2 zu erkennen, der eine Materialanhäufung 3 aufweist. In der Materialanhäufung 3 befindet sich ein Formkörper 4, der hier vollständig von metallischem Gussmaterial 5 umgeben ist. Bei dem Formkörper 4 handelt es sich um einen dauerhaft festen Formkörper 4, der aus einem nichtmetallischen, anorganischen Werkstoff gebildet ist. Der dauerhaft feste (d. h. auch nach dem Eingießen harte, formstabile) Formkörper 4 ist fest in das metallische Bauteil 1 integriert und verbleibt dauerhaft in ihm. Erfindungsgemäß ist die Materialanhäufung 3 aus metallischem Gussmaterial 5 und einem integrierten nichtmetallischen, anorganischen Formkörper 4 gebildet. – Das Ausführungsbeispiel zeigt exemplarisch einen keramischen Formkörper 4, bevorzugt einen aus Siliciumcarbid.At the in 6 fragmentary sectional view of an exemplary embodiment of a cast metallic component according to the invention 1 is a contour area 2 to recognize the accumulation of material 3 having. In the material accumulation 3 there is a molding 4 The whole here of metallic cast material 5 is surrounded. In the molding 4 it is a permanently solid shaped body 4 which is formed of a non-metallic, inorganic material. The permanently solid (ie also after pouring hard, dimensionally stable) shaped body 4 is firmly in the metallic component 1 integrated and remains permanently in it. According to the invention, the material accumulation 3 made of metallic cast material 5 and an integrated non-metallic inorganic molded article 4 educated. The exemplary embodiment shows an example of a ceramic shaped body 4 , preferably one of silicon carbide.

Das gezeigte Gießprodukt wurde mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt. Dabei wurde in einen der Materialanhäufung 3 entsprechenden Bereich des zu gießenden metallischen Bauteiles 1 ein dauerhaft fester, aus einem nichtmetallischen, anorganischen Werkstoff gebildeter Formkörper 4 mit Hilfe einer Halterung (hier nicht zu erkennen) in einer Gießform gelagert. Nach Fertigstellung der Gießform wurde das Bauteil gegossen. Dabei diente der im Bereich der Materialanhäufung 3 angeordnete Formkörper 4 als Verdrängungskörper des flüssigen Gussmaterials 5: Hier vorteilhaft im Zentrum der Materialanhäufung 3 angeordnet, wurde der Formkörper 4 von allen Seiten mit Schmelze umgossen. Beim Abkühlen schrumpfte das Gussmaterial 5 infolge seines Volumenschwundes auf den Formkörper 4 auf, so dass eine kraft- und formschlüssige Verbindung zwischen Metall und nichtmetallischem, anorganischem Formkörper 4 hergestellt wurde.The cast product shown was produced by the method according to the invention. It was in one of the accumulation of material 3 corresponding area of the metallic component to be cast 1 a permanently solid, formed from a non-metallic, inorganic material molding 4 with the help of a holder (not shown here) stored in a mold. After completion of the mold, the component was cast. It served in the area of material accumulation 3 arranged moldings 4 as a displacement body of the liquid casting material 5 : Here advantageous in the center of the material accumulation 3 arranged, was the molding 4 cast with melt from all sides. Upon cooling, the casting material shrank 5 due to its volume shrinkage on the molding 4 on, so that a positive and positive connection between metal and non-metallic, inorganic moldings 4 was produced.

Im fertigen Gießprodukt (siehe 6) ist der Formkörper 4 hier vollständig vom metallischen Gussmaterial 5 umgeben, und zwar vorteilhafterweise mit einer im wesentlichen einheitlichen Wandstärke 6b. Dabei ist diese Wandstärke 6b vorteilhaft auch an die Wandstärke 6a des angrenzenden Konturenbereiches 7 angepasst.In the finished cast product (see 6 ) is the shaped body 4 here completely of metallic cast material 5 surrounded, and advantageously with a substantially uniform wall thickness 6b , It is this wall thickness 6b also advantageous to the wall thickness 6a of the adjacent contour area 7 customized.

Selbstverständlich sind auch andere Varianten des Formkörpers 4 (Formgebung, Abmessungen usw.) und seiner Anordnung möglich, z. B. dass er im gegossenen metallischen Bauteil 1 nur teilweise von metallischem Gussmaterial 5 umgeben vorliegt.Of course, other variants of the molding are 4 (Shape, dimensions, etc.) and its arrangement possible, for. B. that it is in the cast metallic component 1 only partially of metallic casting material 5 surrounded exists.

Durch das Eingießen des nichtmetallischen, anorganischen Formkörpers 4 wurde in der Materialanhäufung 3 das Volumen an Gussmaterial 5 reduziert und eine gelenkte Erstarrung bewirkt. Dadurch konnten zusätzliche Maßnahmen zur Lunkervermeidung und Gefügeverbesserung im Bereich der Materialanhäufung 3 (z. B. angesetzte Speiser, Kühlkokillen oder dergleichen) entfallen.By pouring the non-metallic, inorganic shaped body 4 was in the material accumulation 3 the volume of casting material 5 reduces and causes a controlled solidification. As a result, additional measures for avoiding voids and improving the structure of material accumulation could be achieved 3 (For example, attached feeders, cooling molds or the like) omitted.

Durch die in dem Ausführungsbeispiel gezeigte näherungsweise Angleichung der Wandstärken 6b und 6a in den Konturenbereichen 2 und 7 wurde eine gleichmäßige Erstarrung des gegossenen Bauteiles 1 in der Gießform begünstigt. Dadurch wurde die Bildung von Lunkern verhindert, das Gefüge im Gussmaterial verbessert und die Materialfestigkeit des gegossenen Bauteiles erhöht. – Diese Effekte können noch verstärkt werden, wenn ein keramischer Formkörper 4 aus Siliciumcarbid in das metallische Bauteil 1 eingegossen wird. Die sehr hohe Wärmeleitfähigkeit dieses Materials beeinflusst während des Gießprozesses in der Gießform die Erstarrungsgeschwindigkeit des flüssigen Gussmaterials 5 an seiner Kontaktfläche zum Formkörper 4. Es tritt ein Kühleffekt auf. Diese gerichtete Erstarrung wirkt sich positiv auf das Gefüge im Gussmaterial 5 aus.By approximating the wall thicknesses shown in the embodiment 6b and 6a in the contour areas 2 and 7 became a uniform solidification of the cast component 1 favored in the mold. This prevented the formation of voids, improved the microstructure in the cast material and increased the material strength of the cast component. - These effects can be further enhanced if a ceramic molding 4 made of silicon carbide in the metallic component 1 is poured. The very high thermal conductivity of this material influences the solidification rate of the liquid casting material during the casting process in the casting mold 5 at its contact surface with the molding 4 , There is a cooling effect. This directed solidification has a positive effect on the structure in the casting material 5 out.

Dadurch, dass der eingegossene, formstabile Formkörper 4 in dem gegossenen metallischen Bauteil 1 dauerhaft verbleibt, ist die Stabilität des Gießproduktes erhöht (im Vergleich zu hohlgegossenen Bauteilen). Das gegossene metallische Bauteil 1 mit in die Materialanhäufung 3 integriertem Formkörper 4 weist ferner ein geringeres Gewicht auf (im Vergleich zu einem massiven, gegossenen metallischen Bauteil), da ein Teil des metallischen Volumens durch einen Formkörper 4 aus einem Material mit einer geringerer Dichte ersetzt wurde. Wie groß die Gewichtseinsparung ausfällt, hängt von der Dichte-Differenz der verwendeten Werkstoffe (Metalle, Metalllegierungen, nichtmetallische anorganische Werkstoffe) und der Größe des ersetzten Metallvolumens ab.The fact that the cast, dimensionally stable shaped body 4 in the cast metallic component 1 remains permanently, the stability of the cast product is increased (compared to hollow cast components). The cast metallic component 1 with in the material accumulation 3 integrated molded body 4 Further, it has a lower weight (compared to a solid, cast metallic component), because part of the metallic volume passes through a shaped body 4 has been replaced with a material of lower density. The size of the weight reduction depends on the density difference of the materials used (metals, metal alloys, non-metallic inorganic materials) and the size of the metal volume replaced.

5 zeigt einen Ausschnitt einer aus dem Stand der Technik bekannten, massiv gegossenen Kurbelwelle 8 im vertikalen Längsschnitt. Es sind zwei Konturenbereiche 2 mit Materialanhäufungen 3 dargestellt, und zwar ein Pleuellager 9 und ein Kurbelwellenlager 10. Die Materialanhäufungen 3 sind massiv ausgebildet, d. h. sie bestehen vollständig aus Gussmaterial 5. Um die Ausbildung von Hohlräumen während des Gießprozesses zu vermeiden, waren aufwändige Maßnahmen zur Lunkervermeidung nötig (vgl. 3 und 4). 5 shows a section of a known from the prior art, solidly cast crankshaft 8th in vertical longitudinal section. There are two contour areas 2 with accumulations of material 3 shown, namely a connecting rod bearing 9 and a crankshaft bearing 10 , The material accumulations 3 are solid, ie they are completely made of cast material 5 , In order to avoid the formation of cavities during the casting process, elaborate measures for avoiding voids were necessary (cf. 3 and 4 ).

7 zeigt ausschnittsweise ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung im vertikalen Längsschnitt, und zwar eine gegossene Kurbelwelle 8 (gleiche Merkmale wurden mit denselben Bezugszeichen wie in 6 versehen). In dem Ausschnitt sind zwei Konturenbereiche 2 mit Materialanhäufungen 3 zu erkennen: ein Pleuellager 9 und ein Kurbelwellenlager 10. In die Materialanhäufungen 3 sind mit dem erfindungsgemäßen Verfahren jeweils Formkörper 4 aus einem nichtmetallischen, anorganischen Werkstoff eingegossen, und zwar derart, dass sie vollständig vom metallischen Gussmaterial 5 umgeben sind. Es ist dargestellt, dass vorteilhaft Formgebung und Abmessungen der Formkörper 4 jeweils an die Formgebung und Abmessungen der jeweiligen Materialanhäufung 3 angepasst sind. Ferner ist beim Pleuellager 9 und Kurbelwellenlager 10 eine Angleichung der metallischen Wandstärken 6c, 6d, mit denen das Gussmaterial 5 jeweils die Formkörper 4 umgibt, zu erkennen. – Auf den Einsatz von Maßnahmen am Pleuellager 9 und Kurbelwellenlager 10 zur Lunkervermeidung (wie Speiser, Kühlkokillen etc.) konnte verzichtet werden. 7 shows a detail of another embodiment of the invention in vertical longitudinal section, namely a cast crankshaft 8th (like features have been given the same reference numerals as in FIG 6 Mistake). In the section are two contour areas 2 with accumulations of material 3 to recognize: a connecting rod bearing 9 and a crankshaft bearing 10 , In the material accumulations 3 are in each case shaped bodies with the method according to the invention 4 made of a non-metallic, inorganic material, in such a way that it completely from the metallic casting material 5 are surrounded. It is shown that advantageous shape and dimensions of the molded body 4 in each case to the shape and dimensions of the respective material accumulation 3 are adjusted. Furthermore, the connecting rod bearing 9 and crankshaft bearings 10 an approximation of the metallic wall thicknesses 6c . 6d with which the casting material 5 in each case the moldings 4 surrounds, to recognize. - On the use of measures at the connecting rod bearing 9 and crankshaft bearings 10 for voids avoidance (such as feeders, cooling molds, etc.) could be dispensed with.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich bei einer erfindungsgemäßen gegossenen Kurbelwelle 8 entsprechende Vorteile hinsichtlich Materialfestigkeit des Gussmaterials 5, Stabilität der gegossenen Kurbelwelle 8 und Gewichtseinsparung erzielen, wie sie oben im Zusammenhang mit 6 geschrieben wurden. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird daher darauf verwiesen.The inventive method can be in a cast crankshaft according to the invention 8th corresponding advantages in terms of material strength of the casting material 5 , Stability of the cast crankshaft 8th and achieve weight saving, as related to above 6 were written. To avoid repetition is therefore referred to.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht auf die genannten Beispiele beschränkt. Es lässt sich vorteilhaft für Herstellung unterschiedlicher metallischer Gießprodukte in unterschiedlichen Anwendungsgebieten einsetzen z. B. Bauteile des Motorenbaus (z. B. Zylinderkurbelgehäuse, Zylinderkopf, Getriebegehäuse, Achsgehäuse etc.), der Fahrzeugtechnik und des allgemeinen Maschinenbaus.The inventive method is not limited to the examples mentioned. It can be used advantageously for the production of different metallic casting products in different fields of application, for. B. components of engine construction (eg., Cylinder crankcase, cylinder head, gearbox housing, axle housing, etc.), vehicle technology and general engineering.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: gegossenes metallisches Bauteilcast metallic component
22: Konturenbereichcontour area
33: Materialanhäufungmaterial accumulation
44: Formkörpermoldings
55: metallisches Gussmaterialmetallic casting material
6a6a: Wandstärke von 7 Wall thickness of 7
6b6b: Wandstärke von 3 Wall thickness of 3
6c6c: Wandstärke von 9 Wall thickness of 9
6d6d: Wandstärke von 10 Wall thickness of 10
77: Konturenbereichcontour area
88th: gegossene Kurbelwellecast crankshaft
99: Pleuellagerconnecting rod bearing
1010: Kurbelwellenlagercrankshaft bearings
1111: InnenlunkerInnenlunker
1212: AußenlunkerAußenlunker
1313: SpeiserSpeiser
1414: Kühlkokillechill

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 4314138 C1 [0007] DE 4314138 C1 [0007]
GB 644841 [0007] GB 644841 [0007]
WO 03/016730 A1 [0007] WO 03/016730 Al [0007]
WO 03/016729 A1 [0007] WO 03/016729 A1 [0007]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines gegossenen metallischen Bauteiles (1) mit einem eine Materialanhäufung (3) aufweisenden Konturenbereich (2), wobei in einem der Materialanhäufung (3) entsprechenden Bereich des zu gießenden Bauteiles ein dauerhaft fester, aus einem nichtmetallischen, anorganischen Werkstoff gebildeter Formkörper (4) mittels einer Halterung in einer Gießform gelagert wird, wobei das zu gießende Bauteil nach Fertigstellung der Gießform mit dem jeweiligen Gießverfahren gegossen wird, wobei der Formkörper (4) als Verdrängungskörper vollständig oder teilweise mit einem flüssigen metallischen Gussmaterial (5) umgossen und dadurch kraftschlüssig in das gegossene metallische Bauteil (1) integriert wird.Method for producing a cast metallic component ( 1 ) with a material accumulation ( 3 ) Contour area ( 2 ), whereby in one of the accumulations of material ( 3 ) corresponding to the area of the component to be cast a permanently solid, formed from a non-metallic, inorganic material molding ( 4 ) is mounted by means of a holder in a mold, wherein the component to be cast is poured after completion of the mold with the respective casting method, wherein the shaped body ( 4 ) as a displacement body completely or partially with a liquid metallic casting material ( 5 ) and thereby non-positively into the cast metal component ( 1 ) is integrated.

Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Formkörper (4) aus Keramik oder aus einem Feuerfestmaterial eingegossen wird.Method according to claim 1, wherein a shaped body ( 4 ) is poured from ceramic or a refractory material.

Verfahren nach Anspruch 2, wobei ein keramischer Formkörper (4) aus Siliciumcarbid eingegossen wird.Process according to claim 2, wherein a ceramic molding ( 4 ) is cast from silicon carbide.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Halterung in Bereichen, die beim Gießen des Bauteiles mit dem flüssigen metallischen Gussmaterial in Kontakt kommen, eine strukturiere Oberfläche aufweist.Method according to one of the preceding claims, wherein the holder in areas which come into contact with the liquid metal casting material during the casting of the component, having a structured surface.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Formkörper (4) durch Pressen, Gießen, Spritzgießen, von Hand gefertigt oder auf eine andere Art und Weise aus dem nichtmetallischen, anorganischen Werkstoff hergestellt worden ist.Method according to one of the preceding claims, wherein the shaped body ( 4 ) has been made by pressing, casting, injection molding, by hand or otherwise made of the non-metallic inorganic material.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Formkörper (4) mit einer glatten Oberfläche eingegossen wird.Method according to one of the preceding claims, wherein a shaped body ( 4 ) is poured with a smooth surface.

Gegossenes metallisches Bauteil (1) mit einem eine Materialanhäufung (3) aufweisenden Konturenbereich (2), wobei der Konturenbereich (2) einen eingegossenen Formkörper (4) aufweist, der vollständig oder teilweise vom metallischen Gussmaterial (5) umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um einen dauerhaft festen Formkörper (4) handelt, der aus einem nichtmetallischen, anorganischen Werkstoff gebildet ist.Cast metallic component ( 1 ) with a material accumulation ( 3 ) Contour area ( 2 ), wherein the contour area ( 2 ) a cast molded body ( 4 ), which is completely or partially covered by the metallic casting material ( 5 ), characterized in that it is a permanently solid shaped body ( 4 ) formed of a non-metallic inorganic material.

Gegossenes metallisches Bauteil (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem nichtmetallischen, anorganischen Werkstoff um eine Keramik oder um ein Feuerfestmaterial handelt.Cast metallic component ( 1 ) according to claim 7, characterized in that it is the non-metallic, inorganic material is a ceramic or a refractory material.

Gegossenes metallisches Bauteil (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramik Siliziumcarbid umfasst.Cast metallic component ( 1 ) according to claim 8, characterized in that the ceramic comprises silicon carbide.

Formkörper (4) zur Verwendung in einem Gießverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 bzw. zur Herstellung eines gegossenen metallischen Bauteiles (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um einen dauerhaft festen Formkörper (4) handelt, der aus einem nichtmetallischen, anorganischen Werkstoff gebildet ist, dass er als ein in dem gegossenen metallischen Bauteil (1) verbleibender Verdrängungskörper in einen eine Materialanhäufung aufweisenden Konturenbereich des zu gießenden Bauteiles eingießbar ist.Molded body ( 4 ) for use in a casting method according to one of claims 1 to 6 or for the production of a cast metallic component ( 1 ) according to one of claims 7 to 9, characterized in that it is a permanently solid shaped body ( 4 ) formed of a non-metallic, inorganic material as being in the cast metallic component ( 1 ) remaining displacement body in a material accumulation having contour portion of the component to be cast is pourable.

Formkörper (4) nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem nichtmetallischen, anorganischen Werkstoff um eine Keramik oder um ein Feuerfestmaterial handelt.Molded body ( 4 ) according to claim 10, characterized in that it is the non-metallic, inorganic material is a ceramic or a refractory material.

Formkörper (4) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramik Siliziumcarbid umfasst.Molded body ( 4 ) according to claim 11, characterized in that the ceramic comprises silicon carbide.

Formkörper (4) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass er durch Pressen, Gießen, Spritzgießen, von Hand gefertigt oder auf eine andere Art und Weise aus dem nichtmetallischen, anorganischen Werkstoff hergestellt ist.Molded body ( 4 ) according to one of claims 10 to 12, characterized in that it is manufactured by pressing, casting, injection molding, by hand or in another way from the non-metallic, inorganic material.

Formkörper (4) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass er eine glatte Oberfläche aufweist.Molded body ( 4 ) according to one of claims 10 to 12, characterized in that it has a smooth surface.

Formkörper (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er für die Lagerung während des Gießprozesses mit einer Halterung aus Metall versehbar ist.Molded body ( 4 ) according to one of the preceding claims, characterized in that it is providable for storage during the casting process with a holder made of metal.