DE102004005324A1 - Sandkern und Verfahren zur Herstellung desselben - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Sandkern (1) zur Erzeugung eines Hohlraumes in einem durch Gießen herstellten Gehäuse, insbesondere in einem Gehäuse einer Brennkraftmaschine, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Sandkernes, welcher Sandkern (1) in einer Sandkernform hergestellt wird, die eine dem Sandkern (1) entsprechende Ausnehmung hat, in die ein Formsand eingebracht wird, der sich in der Sandkernform zu einem den Hohlraum nachbildenden Sandkern (1) verfestigt und der an mindestens einem Teil seiner Oberfläche verstärkende Mittel aufweist, die als eine die Kontur des Sandkernes (1) zumindest teilweise bildende Kernschale (12) ausgebildet ist. Die Herstellung der Kernschale (12) erfolgt in einer Tiefziehform, wobei anschließend die Kernschale (12) in eine Hälfte des Kernkastens eingelegt wird und anschließend der Formsand zur Bildung des Sandkernes (1) eingebracht wird, der an der Kernschale (12) haftet und somit mit dem übrigen Formsand einen Sandkern (1) mit hoher Kernfestigkeit bildet.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Sandkern zur Erzeugung eines Hohlraumes in einem durch Giessen hergestellten Gehäuse, insbesondere in einem Gehäuse einer Brennkraftmaschine sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Sandkernes nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 beziehungsweise des Patentanspruches 9.
• Aus der DE 30 36 436 C2 ist ein gattungsgemäßer Sandkern bekannt. Danach werden Sandkerne üblicherweise aus einer besonderen Kernsandmischung in Verbindung mit einem speziellen Bindemittel in einer Kernsandform hergestellt. Derart hergestellte Sandkerne weisen bei normalen Querschnittsverhältnissen eine ausreichende Kernfestigkeit auf.
• Probleme ergeben sich jedoch insbesondere bei Sandkernen mit einem filigranen Aufbau, wie dies beispielsweise beim Wassermantelkern zur Bildung des meist zerklüfteten Wasserraumes im Zylinderkopf von modernen Brennkraftmaschinen der Fall ist. Insbesondere sind es hier die im Querschnitt meist schlanken und dünn ausgeführten Kernstreben, welche für eine geringe Kernfestigkeit verantwortlich sind und welche bei Belastung zum Zerbrechen neigen.
• Ferner sind aus der DE 198 03 867 A1 und der DE 87 11 662 U1 weitere dem Gegenstand der Erfindung nahekommende Sandkerne bekannt.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Sandkern dahingehend zu verbessern, dass dessen Kernfestigkeit selbst bei einer filigranen Ausbildung des Sandkerns mit beispielsweise schlanken Kernstreben wesentlich erhöht ist, wobei die Gefahr von Kernbrüchen minimal sein soll.
• Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Sandkernes mit erhöhter Kernfestigkeit anzugeben.
• Diese der Erfindung zugrundeliegenden Aufgaben werden durch die Ausbildung eines Sandkernes gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 und dem Herstellungsverfahren nach Anspruch 9 bis 11 gelöst.
• Durch die Einbettung des Sandkernes in eine metallische Kernschale erhält der gesamte Sandkern ein tragendes Gerüst, das dem Sandkern eine hohe Kernfestigkeit verleiht. Damit besitzt der erfindungsgemäße Sandkern außerdem einen hohen Widerstand gegen mechanische Beanspruchungen, so wie sie bei der Herstellung und Verwendung von Sandkernen in der Gießform auftreten können.
• Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht in der Herstellung von Sandkernen mit sehr kleinen Querschnitten, die trotzdem noch eine hohe Kernfestigkeit besitzen.
• Die Möglichkeit der Herstellung von Sandkernen mit kleinen Querschnitten hat außerdem den Vorteil, dass damit sehr filigrane Sandkerne gestaltet werden können, welche sich hervorragend als Wassermantelkerne für gegossene Zylinderköpfe von Brennkraftmaschinen eignen.
• Die metallische Kernschale kann auf einfache Weise in einer Tiefziehform hergestellt werden, in dem ein metallisches Blech, Metallgitter, Metallgestrick, Metallnetz, Metalldrahtgewebe oder dergleichen in eine entweder dem Ober- oder Unterteil des Sandkernes entsprechende Ausnehmung der Tiefziehform mittels eines geeigneten Stempels eingedrückt wird. Anschließend kann die so hergestellte Kernschale in die Kernform zur Herstellung des Sandkernes eingelegt und an einer durch einen Stempel erzeugten Öffnung positioniert und fixiert werden.
• Im Rahmen der Erfindung ist es auch denkbar, dass zur Herstellung der metallischen Kernschale eine Blechfolie verwendet wird, die in einer oder in mehreren Lagen in die Tiefziehform eingedrückt wird.
• Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung könnte man die metallische Folie auch direkt in die Kernform einbringen und mit geeigneten Mitteln in die Konturen der Sandkernform eindrücken.
• Zur Herstellung der Kernschale ist als Metall ein Eisenwerkstoff vorgesehen. Im Zusammenhang mit einem Wassermantelkern wird dann die Kernschale in den oberen Teil der Sandkernform eingelegt. Dies hat den Vorteil, dass beim Giessen des Zylinderkopfes die Kernschale an der Oberseite des Wasserraumes liegt und damit keine Benachteiligung der Kühlwirkung in Richtung der Brennraumplatte des Zylinderkopfes auftreten kann. Während des Gießvorganges wird dabei das tiefgezogene Blech vom schrumpfenden Aluminiumwerkstoff des Zylinderkopfes umschlossen und dadurch gleichzeitig fixiert. Durch eine Anregung der Kernschale zu Schwingungen im Bereich der Kernlager ist nach dem Abguss des Zylinderkopfes ein sicheres Entsanden in den sehr filigranen Passagen innerhalb des Wasser raumes möglich, so dass eine maximale Prozesssicherheit bei der Herstellung von Zylinderköpfen mit filigranen Wassermänteln sichergestellt ist.
• Die Verwendung eines Eisenwerkstoffes zur Herstellung der Kernschale hat ferner noch den Vorteil, dass die Sandkerne auf einfache Weise mittels magnetischer Greifsysteme aus der Sandkernform entnommen, beziehungsweise später in die Gießform eingesetzt werden können.
• Im Rahmen der Erfindung ist es schließlich auch noch denkbar, die Kernschale aus einem Aluminiumwerkstoff oder dem gleichen Werkstoff wie der Zylinderkopf hergestellt werden kann. Dies hat den Vorteil, dass eine sichere Verbindung der Kernschale mit dem Zylinderkopfwerkstoff während des Gießvorganges erzielt wird.
• Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden in der nachfolgenden Zeichnungsbeschreibung anhand einer einzigen perspektivischen Darstellung eines Sandkernes, wie er zur Bildung eines Wassermantels im Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine verwendet wird, näher erläutert.
• In der einzigen Figur ist der in einem Ausschnitt dargestellte Sandkern insgesamt mit 1 bezeichnet. Durch einen Pfeil 2 ist dabei die Längsausrichtung und durch einen Pfeil 3 die Querausrichtung des Sandkernes 1 in bezug auf den sich später beim Giessen des Zylinderkopfes ausbildenden Wassermantel gekennzeichnet.
• Der Sandkern 1 wird aus einem an sich bekannten Formsand hergestellt und umfasst verschiedene in Querrichtung verlaufende Kernarme 4 bis 6 sowie von diesen in Längsrichtung abzweigenden Kernstreben 7 bis 9. Durch die Kernarme und Kernstreben werden dabei in dem gegossenen Zylinderkopf die zwischen Zy linderkopfboden und Zylinderkopfdach liegenden Kühlmittelkanäle gebildet.
• Gemäß dem Ausführungsbeispiel haben die Kernarme 4 bis 6 und die Kernstreben 7 bis 9 eine von der Kreisform abweichende ovale Form, die so gewählt ist, das der Kern in einem zweiteiligen Kernkasten hergestellt werden kann. Lediglich die dargestellten Kernsäulen 10 und 11, durch welche im Zylinderkopf der Kühlmittelzu- und Kühlmittelabläufe gebildet werden, haben Kreisform. Selbstverständlich sind andere Querschnittsformen denkbar.
• Ferner ist aus dem Ausführungsbeispiel zu erkennen, dass die Kernarme 4 bis 6 und die Kernstreben 7 bis 9 relativ dünne bzw. klein ausgeprägte Querschnitte aufweisen. Dies ist für den Einsatz in Zylinderköpfen für Hochleistungsmotoren vorteilhaft, da hier durch eine gezielte Anordnung von Kühlkanälen im Zylinderkopf eine gute Kühlung und gleichzeitig eine relativ hohe Bauteilfestigkeit sichergestellt werden kann.
• Sandkerne sind bei ihrer Herstellung und anschließend in der Gießform während des Gießvorganges enormen Kräften und mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt, weshalb Sandkerne eine hohe Kernfestigkeit aufweisen müssen und ferner so beschaffen sein müssen, dass sie die auftretenden mechanischen Belastungen ohne Schäden verkraften können.
• Bei dem erfindungsgemäßen Sandkern 1 werden diese Eigenschaften dadurch erreicht, dass der Sandkern 1 mit einer metallischen Kernschale 12 verbunden ist. Diese Kernschale 12 bildet einen Teil der Oberfläche des Sandkernes 1 und stellt ein tragendes Gerüst für den Sandkern 1 dar. Durch dieses Gerüst erhält der Sandkern 1 die für seine Verwendung notwendige Kernfestigkeit und Widerstandskraft gegen mechanische Beanspruchungen.
• Die Herstellung der Kernschale 12 erfolgt zunächst getrennt von der sonstigen Kernherstellung in einer Tiefziehform, in dem ein metallisches Blech mittels eines geeigneten Stempels in eine Ausnehmung in der Tiefziehform eingedrückt wird. Die Ausnehmung entspricht dabei entweder der Kontur der oberen oder unteren Hälfte des Sandkernes.
• Die so in der Tiefziehform hergestellte Kernschale 12 wird dann zur Herstellung des Sandkernes 1 in den oberen oder unteren Teil eines Kernkastens eingelegt. Bevorzugt wird die Kernschale 12 in die obere Kernkastenhälfte eingelegt, da hierdurch im fertigen Zylinderkopf die Kühlung nicht beeinträchtigt wird.
• Anschließend wird dann der Kernsand in den zusammengesetzten Kernkasten eingebracht und verdichtet.
• Dabei ist es bekannt, den Kernsand mittels Druck in den Kernkasten einzuschießen. Der so in den Kernkasten eingebrachte Kernsand verbindet sich mit der metallischen Kernschale 12 durch eine Haftverbindung, womit der erfindungsgemäße, durch eine Kernschale 12 verstärkte Sandkern 1 hergestellt ist.
• Die Kernschale 12 ist so gestaltet, dass sie im wesentlichen die halbe Oberfläche des Sandkernes 1 umfasst. Selbstverständlich kann die Kernschale 12 in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Kernfestigkeit so gestaltet sein, das sie weniger als die halbe Oberfläche des Sandkernes 1 umfasst, oder das sie entsprechend den Querschnittsabmessungen der Kernarme bzw. Kernstreben Abschnitte mit unterschiedlichen Schalenbreiten aufweist.
• Als Werkstoff für die Kernschale 12 ist vorzugsweise ein Eisenwerkstoff vorgesehen. Denkbar wäre es auch, die Kernschale aus einem Aluminiumwerkstoff oder dem Werkstoff des Zylinderkopfes herzustellen.
• In Abhängigkeit der notwendigen Kernfestigkeit wäre es auch denkbar, die Kernschale 12 aus einer metallischen Folie in einer oder mehreren Lagen herzustellen. Hierbei wäre es dann möglich, die Folie direkt in den Kernkasten einzubringen, da sie mit möglichst geringem Druck in die Sandkern-Konturen im Kernkasten eingedrückt oder gleichzeitig mit dem Einschießen des Formsandes eingeformt werden könnte.
• Das Ausführungsbeispiel bezieht sich auf einen Sandkern 1 sowie das Verfahren zur Herstellung eines derartigen Sandkernes 1 zur Bildung eines Wassermantels (Kühlmittelraum) im Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine.
• Der erfindungsgemäße Sandkern 1 ist jedoch nicht auf die Verwendung bei Brennkraftmaschinen beschränkt, sondern kann grundsätzlich als Sandkern zur Herstellung von Hohlräumen in Gusswerkstücken aller Art verwendet werden.

Claims (11)

1. Sandkern (1) zur Erzeugung eines Hohlraumes in einem durch Giessen hergestellten Gehäuse, insbesondere in einem Gehäuse einer Brennkraftmaschine, welcher Sandkern (1) in einer Sandkernform hergestellt wird, die eine dem Sandkern (1) entsprechende Ausnehmung hat, in die ein Formsand eingebracht wird, der sich in der Sandkernform zu einem den Hohlraum nachbildenden Sandkern (1) verfestigt und der an mindestens einem Teil seiner Oberfläche verstärkende Mittel aufweist, dadurch gekennzeichnet, das der Sandkern (1) als verstärkendes Mittel zumindest teilweise von einer an die Kontur des Hohlraumes angepassten Kernschale (12) umhüllt ist.
2. Sandkern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur der Kernschale (12) durch Tiefziehen hergestellt ist.
3. Sandkern nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernschale (12) aus Metall besteht.
4. Sandkern nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernschale (12) aus demselben Werkstoff wie das Gehäuse besteht.
5. Sandkern nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernschale (12) aus einer Metallfolie besteht und ein- oder mehrlagig ausgeführt ist.
6. Sandkern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernschale (12) aus Kunststoff besteht.
7. Sandkern nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernschale (12) entsprechend der Kontur der oberen Hohlraumhälfte des Kernkastens ausgebildet ist.
8. Sandkern nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernschale (12) entsprechend der Kontur der unteren Hohlraumhälfte des Kernkastens ausgebildet ist.
9. Verfahren zur Herstellung eines Sandkernes zur Erzeugung eines Hohlraumes in einem Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst aus einem Blech eine der Kontur des Sandkernes (1) zumindest teilweise entsprechende Kernschale (12) hergestellt wird, die anschließend in eine der Kontur des Sandkernes (1) entsprechende Ausnehmung in einem Kernkasten eingelegt wird, und die mit dem schließlich in den Kernkasten eingebrachten Formsand zu einem Sandkern (1) verbunden wird.
10. Verfahren zur Herstellung eines Sandkernes nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernschale (12) in einer Tiefziehform hergestellt wird.
11. Verfahren zur Herstellung eines Sandkernes nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass als Blech eine Folie verwendet wird, und dass die Folie in einer oder mehreren Lagen von Hand oder maschinell in die Tiefziehform zur Bildung der Kernschale (12) eingedrückt wird.