DE102007004050B4

DE102007004050B4 - Vorrichtung zum Herstellen eines Zylinderkurbelgehäuses

Info

Publication number: DE102007004050B4
Application number: DE102007004050A
Authority: DE
Inventors: Herbert Dr. Möding; Steffen Ziegler
Original assignee: KS Aluminium Technologie GmbH
Current assignee: KS Huayu Alutech GmbH
Priority date: 2007-01-22
Filing date: 2007-01-22
Publication date: 2010-03-18
Anticipated expiration: 2027-01-23
Also published as: DE102007004050A1; ATE546245T1; EP1952914B1; EP1952914A2; EP1952914A3

Abstract

Vorrichtung zum Herstellen eines Zylinderkurbelgehäuses (3) in Closed-Deck-Bauweise, mit stationären und beweglichen Formhälften (2, 2') und einem Sand- und/oder Salzkern (1, 1'), wobei die Formteile (2, 2') einen Gießhohlraum (14, 21) bilden und eines der Formteile (2, 2') zumindest einen Haltevorsprung (5 bis 12) aufweist und der Sand- und/oder Salzkern (1, 1') zumindest eine Öffnung aufweist, in die der zumindest eine Haltevorsprung (5 bis 12) formschlüssig hinein ragt, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Abschnitt des zumindest einen Haltevorsprungs (5 bis 12) mit dem Sand- und/oder Salzkern (1, 1') eine Wasserraumkontur des Zylinderkurbelgehäuses bildet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen eines Zylinderkurbelgehäuses in Closed-Deck-Bauweise, mit stationären und beweglichen Formhälften und einem Sand- und/oder Salzkern, wobei die Formteile einen Gießhohlraum bilden und eines der Formteile zumindest einen Haltevorsprung aufweist und der Sand- und/oder Salzkern zumindest eine Öffnung aufweist, in die der zumindest eine Haltevorsprung formschlüssig hinein ragt
Die Steifigkeit eines Zylinderbereichs eines Zylinderkurbelgehäuses wird ganz wesentlich von der Gestaltung des Zylinderdecks bestimmt. Ist die Zylinderdeckplatte bis auf die für den Kühlmittelübertritt beziehungsweise das Ausrütteln des in diesem für die Ausbildung des Wassermantels benötigten Sandkerns geschlossen, so wird als dies Closed-Deck bezeichnet. Da der Wassermantel hierbei nahezu vollständig von dem in den Gießhohlraum der Vorrichtung einzufüllenden Gießwerkstoff geschlossen wird, dass heißt mit anderen Worten der Wassermantelkern sich im Inneren des Zylinderkurbelgehäuses befindet, besteht ein Problem darin, den Sandkern in der Gießform auch während des Gießvorgangs lagegerecht zu positionieren. Insbesondere bei Druckgießverfahren bereitet das Anordnen von Kernen in der Gießform Probleme, es besteht die Gefahr, dass es beim Einfüllen der Schmelze zu Kernverlagerungen kommt, bei solchen Kernen, die eine größere Strecke ohne Kernlagerung, das heißt ohne Abstützung gegen die Gießformoberfläche überspannen, besteht zu dem ein hohes Risiko von Kerndeformationen, die wiederum zu partiellen Kernverlagerungen führen können. Hierbei ist der Begriff Druckgießverfahren im weitesten Sinne zu verstehen. Hierunter soll das konventionelle Druckgießverfahren, bei dem die Schmelze unter Drücken als mehr als 500 bar, in die Form geschossen wird, aber auch das Pressgieß verfahren (Squeeze Casting) verstanden werden, bei dem die Schmelze im Wesentlichen Drucklos in die Form gefüllt und dann unter hohem Druck von mehreren 100 bar zur Erstarrung gebracht wird, sowie auch das sogenannte Niederdruckverfahren. In den Druckgießverfahren spielen die dynamischen Kräfte des in den Gießhohlraum eingefüllten flüssigen Metalls auf dem Sandkern, in Bezug auf die Kernverlagerungen eine entscheidende Rolle.
Ein Verfahren zur Lagesicherungen gegen Kernverlagerungen ist in der DE 197 52 518 beschrieben. Beschrieben ist ein Druckgießverfahren zum Herstellen von Gussteilen in einer Gießform unter Verwendung von nach dem Gießvorgang zerstörbaren Kernen, insbesondere Sand oder Salzkernen, wobei ein Aufschwimmen der Kerne beim Gießvorgang dadurch verhindert wird, dass zum Stützen der Kerne in der Gießform infiltrierbare Körper verwendet werden, die am Sand- oder Salzkern fixiert sind und so die Kerne in der Gießform lagegerecht fixieren.
Ein Sandkern mit an den Sandkern einstückig angeformten seitlichen Erhebungen ist in der EP 1 649 951 beschrieben. Die Erhebungen werden hierbei in den Formteilen der Vorrichtung gehalten, so dass der Sandkern gleichzeitig zur Bildung des Wassermantelkerns und zur Fixierung der Lage des Wassermantels dient.
Eine Vorrichtung und ein Sandkern, auf der die zweiteilige Form des Anspruchs 1 basiert, ist in der EP 0 788 855 offenbart. Offenbart ist eine Vorrichtung und ein Sandkern zum Herstellen eines Zylinderblocks in Closed-Deck-Bauweise, der eine Zylinderdeckplatte aufweist und mit einem eine Mehrzahl von seitlich nebeneinander angeordneten Zylinderlaufbuchsen umgebenen Wassermantel ausgebildet ist, wobei der Wassermantel ein oberes Ende aufweist, das an der Zylinderdeckplatte zum Bilden des Fensters teilweise und durch Brückenbereiche teilweise geschlossen ist. Die Vorrichtung besteht hierbei aus mehreren Formteilen, die in sich einen Gießhohlraum zum Gießen des Zylinderblocks definieren. Die Vorrichtung weist eine Anzahl von Haltevorsprüngen auf, die sich integral von einem Formteil zu dem Gießhohlraum hin in axialer Richtung der Zylinderlaufbuchse erstrecken und der Sandkern mit einer Anzahl von Haltebohrungen ausgebildet ist, die zu den jeweiligen Haltevorsprüngen komplementär und derart angeordnet sind, dass sie sich in sie hinein erstreckenden Haltevorsprünge zum Halten des Sandkerns an einer bestimmten Stelle des Gießhohlraums während des Gießens halten. Die Bereiche des Sandkerns, in die die Haltevorsprünge hineinragen, besitzen einen verdickten Wandbereich, so dass eine ausreichende Stabilität des Sandkerns gewährleistet ist. Neben der axialen Fixierung des Sandkerns durch die Haltevorsprünge sind am Sandkern Kernvorsprünge ausgebildet, die gemäß dem Stand der Technik in weitere Formteile der Vorrichtung hineinragen und den Sandkern lagegerecht fixieren. Nachteilig hieran ist, dass der Sandkern im Bereich der in ihn hineinragenden Haltevorsprünge verdickt auszubilden ist, was eine konstruktive Auslegung des Wassermantelkerns nachteilig beeinflusst, Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu überwinden und eine Vorrichtung zum Herstellen eines Zylinderkurbelgehäuses mit einem Sand- und/oder Salzkern bereitzustellen, die ein lagesicheres Positionieren des Sandkerns in der Vorrichtung ermöglicht und der darüber hinaus kostengünstig zu fertigen ist. Darüber hinaus soll der Gegenstand der Erfindung auch bei dünnwandigen Sandkernen maßstabil sein und keine zusätzliche Kernlagerung in Schieberbereichen erforderlich machen. Darüber hinaus soll die Vorrichtung und der Sandkern hohe Anschnittsgeschwindigkeiten des Gießmetalls im Druckgießprozess ermöglichen.
Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass zumindest ein Abschnitt des zumindest einen Haltevorsprungs mit dem Sand- und/oder Salzkern eine Wasserraumkontur des Zylinderkurbelgehäuses bildet. Durch den erfindungsgemäßen Aufbau des Sandkerns und der Haltevorsprünge auf dem den Sandkern haltenden Formteil ist nun die Möglichkeit geschaffen, den Sandkern maßstabil auch bei dünnwandigen Kernen auf dem Formteil zu fixieren. Darüber hinaus wird im Gegensatz zum Stand der Technik eine kostengünstigere Herstellung des Sandkerns ermöglicht, dadurch dass lediglich Ausnehmungen als Öffnungen im Sand und/oder Salzkern vorhanden sind. Auch die Verringerung des Sandbedarfs für den Sandkern wirkt sich kostenmindernd auf die Herstellung der Zylinderkurbelgehäuse aus.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich dann, wenn der zumindest eine Haltevorsprung in seiner gesamten Ausdehnung in Richtung des Sand- und/oder Salzkerns einen Teil der Wasserraumkontur bildet. Hierdurch wird einerseits die Herstellung des Sand- und/oder Salzkerns und die Fixierung des Kerns auf dem Formteil erleichtert. Wird, wie erfindungsgemäß vorgeschlagen, zwischen dem Haltevorsprung und dem Kern ein komplementäres geometrisches Profil ausgebildet, so erfährt der Kern eine zusätzliche Fixierung auf dem haltenden Formteil.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Skizzen in einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt:
1 eine dreidimensionale Ansicht auf einen erfindungsgemäß ausgebildeten Sandkern in einem Formteil, mit angedeutetem Zylinderkurbelgehäuse,
2 eine Detailansicht in einem Bereich eine Zylinderbohrung,
3 eine Detailansicht gemäß dem Schnitt III aus 1 in einem Bereich zwischen Haltevorsprung und Sandkern und
4 eine Detailansicht gemäß dem, Schnitt IV aus 1 im Bereich einer Öffnung beziehungsweise Ausnehmung im Sandkem.
In der 1 ist ein Sandkern 1 und ein den Sandkern haltendes Formteil 2 dargestellt, wobei der Sandkern 1 in seiner Lage in der Lage dargestellt ist, wie er in der Vorrichtung zum Herstellen eines Zylinderkurbelgehäuses 3 gehalten ist. Als Strich-Punkt-Linie ist darin die Lage des Sandkerns in Bezug auf ein Zylinderkurbelgehäuse 3 wiedergegeben. Das Zylinderkurbelgehäuse 3 ist in dieser Ansicht von seiner Unterseite her dargestellt. So bilden die Einbuchtungen 4 im fertigen Zylinderkurbelgehäuse den Lagerstuhl für die Kurbelwelle. Das Formteil 2 der Vorrichtung ist beispielsweise ein stationäres Formteil 2, auf dass der Sandkern 1 in die Vorrichtung eingelegt wird. Dabei reichen Haltevorsprünge 5 bis 12 aus dem Unterwerkzeug 2 heraus in Richtung des Sandkerns 1. Hierbei bilden die Haltevorsprünge 5 bis 12 Teile der Wasserraumkontur des Zylinderkurbelgehäuses aus. Erfindungsgemäß werden die Öffnungen in der Zylinderdeckplatte durch die Haltevorsprünge 5 bis 12 des Unterwerkzeugs 2 gebildet. Die Öffnungen 13 dienen einerseits zum Durchtritt des Wassers vom Zylinderkurbelgehäuse zum Zylinderkopf und dienen darüber hinaus dazu den Formwerkstoff des Sand- und/oder Salzkerns 1 aus dem Zylinderkurbelgehäuse zu entfernen.
Der Formhohlraum 14 zwischen dem Sand- und/oder Salzkern 1 und dem Unterwerkzeug oder haltenden Formteils 2 wird mit Gießmetall gefüllt. Als Gießmetall sind die üblichen für Zylinderkurbelgehäuse verwendeten Aluminium und Aluminiumlegierungen, sowie Magnesium und Magnesiumlegierungen, sowie hybride Formen derselben vorstellbar. Wie aus der 1 ersichtlich wird nicht nur die Lage des Wassermantelkerns 1 im Formhohlraum 14 zur Bildung des Zylinderkurbelgehäuses 3 lagegerecht positioniert sondern mittels der Haltevorsprünge 5 bis 12 auch fixiert.
In der in der 1 dargestellten Ausführungsform bildet die gesamte Ausdehnung A, wie beispielhaft an dem Haltevorsprung 5 dargestellt, einen Teil der Wasserraumkontur nach. Das heißt der Haltevorsprung 5 entspricht im Verlauf der inneren und äußeren Wasserraumkontur. Alternativ ist es vorstellbar, und wie in der 2 dargestellt, dass der Haltevorsprung 5' lediglich in den Sandkern 1' hinein ragt und der Sandkern 1' Verlängerungen 15 aufweist, die in Ausnehmungen 16 des Unterwerkzeugs 2 hineinragen, so dass eine alternative Lagerung und Fixierung des Sandkerns 1' in der Vorrichtung, beziehungsweise dem Formteil 2' gegeben ist.
Am Formteil, beziehungsweise Unterwerkzeug 2 sind einerseits die Haltevorsprünge 5 bis 12 ausgebildet, das Unterwerkzeug besitzt aber anderseits auch zylindrische Erhebungen 17, 18, 19, 20, die im fertigen Zylinderkurbelgehäuse die Zylinderbohrung 17, 18, 19, 20 bilden. Der Formhohlraum 21 zwischen den Zylindererhebungen 17, 18, 19, 20 und dem Wassermantel 1 wird mit dem das Zylinderkurbelgehäuse 3 bildenden Leichtmetallwerkstoff ausgegossen.
Ein weiterer erfindungsgemäßer Vorteil ergibt sich dann, wenn die Grenzfläche 22, 23, wie beispielhaft in die 1 und 2 eingezeichnet, mit einem geometrischen Profil versehen ist. Zwei unterschiedliche geometrische Profile zwischen dem Sandkern 1, 1' und dem Haltevorsprung 5, 5' bis 12 ist in der 3 wiedergegeben. Die 3 zeigt eine Schnittdarstellung durch den Haltevorsprung 5, 5', sowie den Sandkern 1, 1', wobei zwei unterschiedliche geometrische Profile dargestellt sind. In einer Ausführungsform ragt der Sandkern 1, 1' in den Haltevorsprung 5, 5' hinein und in einer anderen Ausführungsform ragt der Haltevorsprung 5, 5' in den Sandkem 1, 1' hinein. Es ist selbstverständlich, dass die beiden dargestellten Ausführungsformen beispielhaft sind. Es sind selbstverständlich beliebige geometrische Formen, wie Spitzen, Schrägen, Nuten, Wölbungen als Profile ausbildbar. Voraussetzung hierfür ist, dass der Sandkern 1, 1' auf den Haltevorsprung 5, 5' aufschiebbar ist. Hierbei ist es erfindungsgemäß auch vorstellbar, dass der Haltevorsprung 5, 5' konisch ausgebildet ist, sowie der Kern 1, 1' eine konische Ausnehmung besitz, so dass der Sandkern 1, 1' lediglich in seiner Endstellung auf dem Formteil 2, 2' vollständig an den Haltevorsprüngen 5, 5' bis 12 anliegt.
Die Vorrichtung besteht aus stationären und beweglichen Formteilen, wobei auf ein mittleres stationäres haltendes Formteil 2, 2' der Sandkern 1, 1' aufgebracht wird. Die seitlich angebrachten beweglichen Formteile, die auch als Schieber bezeichenbar sind, verschließen den Gießhohlraum, in dem sie sich seitlich an den Sandkern 1 heran bewegen. Erfindungsgemäß wird nun vorgeschlagen, in den Sandkern 1, 1' Öffnungen, oder Vertiefungen 24, 25 einzubringen und zur zusätzlichen Kernlagerung zusätzliche Erhebungen oder Stempel 26 an den beweglichen Formteilen zu befestigen, die in die Öffnungen 24, 25 bei geschlossenem Werkzeug beziehungsweise geschlossener Vorrichtung in den Sandkern 1 hineinragen um diesen lagegerecht in der Gießvorrichtung zu positionieren. In der 4 ist ein Schnitt gemäß der Linie IV durch den Sandkern 1 und die Öffnung 24 dargestellt. Auch in diesem Fall werden erfindungsgemäß zwei alternative Ausführungsformen beschrieben. In der 4 ist der Sandkern 1, 1' sowie der Stempel 26, der an der beweglichen Formhälfte der Vorrichtung befestigt ist dargestellt. Es ist erfindungsgemäß vorstellbar, wie in der 4 dargestellt, dem Stempel 26 gegen den Sandkern 1, 1' anzulegen und den Sandkern 1, 1' somit zu positionieren. Alternativ ist es vorstellbar, in den Sandkern 1, 1' eine Öffnung 24 einzubringen, so dass der Stempel 26 in den Sandkern 1, 1' hinein schiebbar ist, wie im oberen Bild der 4 dargestellt.
Die Erfindung ist für einen Einzelzylinderblock wie auch für einen Mehrzylinderblock 3 einsetzbar.
Darüber hinaus beansprucht die Erfindung ein Gießverfahren zur Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses mit einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Gießverfahren ein Druckgießverfahren ist. Als Druckgießverfahren sind die üblichen Druckgießverfahren mit Drücken über 500 bar, ein Pressgießverfahren (Squeeze-Casting) verwendbar, wie auch die Mitteldruckverfahren einsetzbar.

Claims

Vorrichtung zum Herstellen eines Zylinderkurbelgehäuses (3) in Closed-Deck-Bauweise, mit stationären und beweglichen Formhälften (2, 2') und einem Sand- und/oder Salzkern (1, 1'), wobei die Formteile (2, 2') einen Gießhohlraum (14, 21) bilden und eines der Formteile (2, 2') zumindest einen Haltevorsprung (5 bis 12) aufweist und der Sand- und/oder Salzkern (1, 1') zumindest eine Öffnung aufweist, in die der zumindest eine Haltevorsprung (5 bis 12) formschlüssig hinein ragt, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Abschnitt des zumindest einen Haltevorsprungs (5 bis 12) mit dem Sand- und/oder Salzkern (1, 1') eine Wasserraumkontur des Zylinderkurbelgehäuses bildet.
Vorrichtung zum Herstellen eines Zylinderkurbelgehäuses nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Haltevorsprung (5 bis 12) in seiner gesamten Ausdehnung in Richtung des Sand- und/oder Salzkerns (1, 1') einen Teil der Wasserraumkontur bildet.
Vorrichtung zum Herstellen eines Zylinderkurbelgehäuses gemäß einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Haltevorsprung (5 bis 12) in seiner Dicke der Dicke des Sand- und/oder Salzkerns (1, 1') entspricht, so dass der zumindest eine Haltevorsprung (5, 12) eine äußere und eine innere Wasserraumkontur des Zylinderkurbelgehäuses bildet.
Vorrichtung zum Herstellen eines Zylinderkurbelgehäuses nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Haltevorsprung (5 bis 12) eine Öffnung im Zylinderkurbelgehäuse ausbildet, die als Öffnung zum Durchlass des Wassers vom Zylinderkurbelgehäuse zu einem Zylinderkopf dient.
Vorrichtung zum Herstellen eines Zylinderkurbelgehäuses nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem zumindest einen Haltevorsprung (5 bis 12) und dem Sand- und/oder Salzkern (1, 1') ein komplementäres geometrisches Profil ausgebildet ist, so dass der Sand- und/oder Salzkern (1, 1') eine zusätzliche Fixierung auf dem haltenden Formteil (2, 2') erhält.
Vorrichtung zum Herstellen eines Zylinderkurbelgehäuses nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Sand- und/oder Salzkern (1, 1') ausschließlich an dem zumindest einen Haltevorsprung (5 bis 12) anliegt oder an dem zumindest einen Haltevorsprung (5 bis 12) und am haltenden Formteil (2, 2') anliegt.
Vorrichtung zum Herstellen eines Zylinderkurbelgehäuses nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Salz- oder Sandkern (1, 1') in eine entsprechend geformte Ausnehmung (16) im haltenden Formteil (2, 2') hineinragt.
Vorrichtung zum Herstellen eines Zylinderkurbelgehäuses nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Sand- und/oder Salzkern (1, 1') mindestens eine weitere Öffnung (24, 25) enthalten ist, in die ein weiteres bewegliches Formteil (26) einführbar ist, so dass der Sand- und/oder Salzkern (1, 1') eine zusätzliche axiale Führung in Richtung einer Zylinderbohrung (17, 18, 19, 20) erhält.
Vorrichtung zum Herstellen eines Zylinderkurbelgehäuses nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Sand- und/oder Salzkerne (1, 1') in einer Vorrichtung zur Bildung eines oder mehrerer Wassermäntel gehalten sind.
Verwendung einer Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche bei der Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses durch Druckgießen, Pressgießen oder Niederdruckgießen.