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Die
Erfindung betrifft eine Sandkernform zum Herstellen eines Sandkerns für
einen Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors, wobei ein Oberteil,
ein Unterteil und zumindest ein Schieber einen mit einem Sandgemisch
befüllbaren Hohlraum zum Ausformen des Sandkerns ausbilden,
wobei der Sandkern einen Teil einer Negativform des Zylinderkopfes
bildet.
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Die
Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen eines Sandkerns
für einen Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors, wobei
zwischen einem Oberteil und einem Unterteil eines Werkzeuges ein Hohlraum
ausgebildet wird, an welchen ein Schieber grenzt, wobei in den Hohlraum
Sand zum Ausformen des Sandkerns gefüllt wird.
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Aus
dem Stand der Technik, etwa der
DE 19643725 C2 ist ein Zylinderkopf für
Mehrzylindermaschinen bekannt. Dabei wird eine Ausgestaltung eines
Sandkerns offenbart, die auf bestimmte Leitungsbereiche verzichtet
und stattdessen die im Gussverfahren erzeugte Zylinderkopfform bohrend nachbearbeitet,
um diese Leitungsbereiche auszuformen.
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Aus
der
EP 0445355 B1 ist
ein Verfahren einer Vorrichtung zum Gießen eines Zylinderkopfes bekannt.
Dabei wird eine Sandkernform verwendet, die ebenfalls ein Oberteil
und ein Unterteil aufweist. Zusätzlich werden verschiedene
Schieber eingesetzt, um im Bereich des Oberteils spezielle Formen eines
Sandkerns, also Öffnungen und Ausnehmungen, auszuformen.
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Die
Herstellung von Sandkernen wird mittels Werkzeugen durchgeführt,
die durch Toleranzen, Abnutzungen, Verschleiß und dergleichen
im Laufe der Zeit ihre Form ändern. Dabei sind speziell
die in einem Teilungsbereich befindlichen Bestandteile des Werkzeuges
betroffen. Es werden die Werkzeuge üblicherweise in ein
Oberteil und ein Unterteil aufgeteilt, wobei eine zwischen diesen
beiden Teilen befindliche Teilungsebene zwangsläufig durch
die engsten Querschnitte des Sandkerns verläuft.
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Diese
engsten Querschnitte befinden sich im Bereich von Einzügen
und Ausformungen, welche zum Ermöglichen eines für
die spätere Kühlung des Zylinderkopfes wichtigen
Wassermantels notwendig sind.
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Ferner
ist eine sog. Entformung, also der Auseinanderbau der Werkzeugteile
zwingend notwendig, um den enthaltenen Sandkern für eine
Gussform zum Ausformen des Zylinderkopfes zu nutzen. Es hat sich
gezeigt, dass im Bereich des Zylinderkopfes besonders spannungskritische
Bereiche vorhanden sind, insbesondere im Bereich kleiner Querschnitte.
Besonders kritisch sind exponierte Stellen an den Übergängen
einer Brennraumbodenplatte zu Zündkerzenschächten
bei Ottomotoren oder zu Düsenschächten bei Dieselmotoren.
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Es
ist somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Präzision
bei der Herstellung von Sandkernen mittels einer entsprechenden
Sandkernform zu verbessern.
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Es
ist auch Aufgabe, ein entsprechendes Verfahren zu entwickeln.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird durch eine gattungsgemäße
Vorrichtung dadurch erreicht, dass der Schieber einen Gefahrenbereich
des Sandkerns umgreift, wobei der Gefahrenbereich zu einem belastungskritischen
Bereich des Zylinderkopfes benachbart ist.
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Auf
diese Weise werden negative Folgen aufgrund der Abnutzung der Werkzeughälften,
die im Regelfall bis zu 1 mm betragen können, neutralisiert. Eine
Ausfallerhöhung bei, bezogen auf die Lebensdauer einer
Sandkernform hergestellten, späteren Sandkernen und darauf
basierenden zeitlich späteren Zylinderköpfen,
wird verhindert. Schäden in risskritischen und kerbempfindlichen
Zonen werden vermieden. Die Formgeometrie ist im kritischen Bereich nahezu
perfekt und nicht durch Versatzsprünge oder dgl. zusätzlich
belastet. Dies ist gerade im Bereich der Injektorschachtanbindung
an die Brennraumplatte von großer Bedeutung. Die Belastung
des Zylinderkopfes kann gesteigert werden und die Ausfallrate an
produzierten Zylinderköpfen und damit verbunden auch produzierten
Sandkernen wird verringert.
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Die
Erfindung zeigt sich auch in einem gattungsgemäßen
Verfahren, bei dem der Schieber einen Gefahrenbereich des Sandkerns
umgreift, wobei der Gefahrenbereich dort angeordnet ist, wo ein
belastungskritischer Bereich des Zylinderkopfes in einem nachfolgenden
Arbeitsschritt ausgeformt wird.
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Auch
hier werden Sandkerne herstellbar, die in einem nachfolgenden Gussverfahren
einsetzbar sind, wobei die Sandkerne so genau und präzise, selbst
bei schon teilweise verschlissenem Werkzeug, herstellbar sind, dass
präzise Zylinderköpfe gerade im Bereich hoher
Belastung erzeugt werden. Die Ausfallsicherheit der Zylinderköpfe
steigt dadurch an.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungsformen werden in den Unteransprüchen beansprucht
und nachfolgend näher erläutert.
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So
ist es von Vorteil, wenn der Schieber beiderseits einmal zwischen
der dem Oberteil und dem Unterteil befindlichen Teilungsebene befindlich
ist. Häufig befindet sich die Teilungsebene, um eine Entformung
der Werkzeughälften zu ermöglichen, gerade im
Bereich höchster Belastung des mit Hilfe des Sandkerns
hergestellten Zylinderkopfes. Die Lebensdauer des Zylinderkopfes
wird somit erhöht. Ausschuss, sowohl an Sandkernen wie
auch an Zylinderköpfen, wird verhindert.
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Auch
ist es von besonderem Vorteil, wenn der Schieber einen Bereich engsten
Querschnitts des Hohlraums zumindest teilweise umgreift. Eine vorausschauende
belastungsangepasste Herstellung eines Sandkerns wird dadurch ermöglicht.
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Wenn
eine Vielzahl an Schiebern zwischen dem Oberteil und dem Unterteil
positioniert ist, so lassen sich auch mehrere belastungskritische
Gefahrenbereiche des Sandkerns sicher und präzise herstellen,
wobei die Herstellgüte bei Zylinderköpfen erhöht
wird. Auch ist es dadurch möglich, die Wandstärken
bedarfsgerecht zu variieren.
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Um
Brüche im Sandkern und nachfolgend im Zylinderkopf zu vermeiden,
ist es von Vorteil, wenn zwei Schieber sich gegenüberliegend
des Hohlraumes angeordnet sind.
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Es
ist ferner von Vorteil, wenn beide Schieber beiderseits der Teilungsebene
befindlich sind, also in der Teilungsebene liegen.
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In
einer Weiterbildung des Verfahrens nach Anspruch 7 hat es sich als
vorteilhaft herausgestellt, wenn das Werkzeug eine Gussform, vorzugsweise eine
Aluminium- oder Stahlgussform ist, da dann auf herkömmliche
Materialien zurückgegriffen werden kann, was die Produktionskosten
niedrig hält.
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Nachfolgend
wird die Erfindung mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Querschnittsansicht eines Zylinderkopfes, wie er mit
einem durch eine erfindungsgemäße Sandkernform
erreichten Sandkern herstellbar ist,
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2 eine
herkömmliche Sandkernform am Beginn ihrer Lebenszeit in
schematischer Querschnittsdarstellung,
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3 die
in 2 dargestellte Sandkernform in ebenfalls schematischer
Querschnittsdarstellung am Ende ihrer Lebenszeit und
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4 eine
erfindungsgemäße Sandkernform in schematischer
Querschnittsdarstellung.
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Die
in 2, 3 und 4 dargestellte Sandkernform 1 wird
benötigt, um einen in den 2 bis 4 dargestellten
Sandkern 2 herzustellen, der dann bei einem gießenden
Ausformen eines Zylinderkopfes 3, wie er in 1 dargestellt
ist, genutzt wird.
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Zylinderköpfe
werden in Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen eingesetzt, und
sind dort ein essentieller Bestandteil des Motorgehäuses.
In dem Zylinderkopf 3 ist ein Wassermantel auszuformen, der
für die Kühlung des Zylinderkopfes von großer Bedeutung
ist. Da der Zylinderkopf 3 zahlreiche Hinterschnitte, Ausnehmungen, Öffnungen
und Hohlräume aufweist, wird häufig auf die Verwendung
von Sandkernen beim Gießen des Zylinderkopfes 3 zugegriffen.
Einige Bereiche des Zylinderkopfes 3 sind dabei besonders
belastet. Die Belastung ist thermischer, schwingungsdynamischer
und/oder druckspezifischer Art.
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So
sind gerade im als A bezeichneten Bereich besonders hohe Belastungen
zu verzeichnen. Dieser Bereich wird auch als risskritische Zone
bezeichnet und befindet sich zwischen einem Injektorschacht und
einem Wassermantel.
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Kerbgeometrien
müssen hier vermieden werden, da sonst zusätzliche
Belastungen auftreten und ein Ausfall des Zylinderkopfes häufig
die Folge ist.
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In 2 ist
eine herkömmliche Sandkernform 1, bestehend aus
einem Oberteil 4 und einem Unterteil 5 dargestellt.
Zwischen dem Oberteil 4 und dem Unterteil 5 ist
ein Hohlraum 6 ausgebildet. Die Sandkernformen der 2 bis 4 sind
im nicht ganz geschlossenen Zustand dargestellt, also während
der Entnahme des im Hohlraum 6 ausgeformten Sandkerns 2.
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Die
Sandkernform 1 in 2 ist am
Anfang ihrer Lebensdauer noch nicht abgenutzt, wohingegen die Abnutzung
zeitlich später zu einer Ausbildung wie in 3 führt.
In 3 ist zu diesem zeitlich späteren Zeitpunkt,
bei dem die Sandkernform 1 auch nicht mehr vollständig
fluchtet, dargestellt. Zwischen dem Oberteil 4 und dem
Unterteil 5 herrscht nun ein Versatz d, der im dargestellten
Ausführungsbeispiel 1 mm beträgt. Die Folge ist,
dass der Sandkern 2 in 3 nicht
mehr, wie ursprünglich gewünscht, siehe 2,
ausgeformt wird. Es bilden sich am Sandkern 2 nun Vorsprünge 7 und 8 aus.
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Der
Vorsprung 7 befindet sich im dargestellten Ausführungsbeispiel
in einem Gefahrenbereich des Sandkerns 2. Dieser Gefahrenbereich
ist dadurch als solcher definiert, dass der Sandkern an dieser Stelle
beim Ausformen des Zylinderkopfes 3 in dem hohen Belastungsbereich
A, wie in 1 dargestellt, zum Liegen kommt.
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Die
Erfindung, wie sie in 4 dargestellt wird, vermeidet
das Ausformen eines solchen Vorsprungs 7 dadurch, dass
ein Schieber 9 gerade den Gefahrenbereich, in dem der Vorsprung 7 sich
sonst ausformen würde, umgreift. Zwar ist auch bei der
in 4 dargestellten erfindungsgemäßen
Sandkernform 1 ein Versatz d auftretend, doch fehlt bei
der Ausgestaltung des Sandkerns 2 die Ausbildung des Vorsprungs 7.
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Der
sich auf der anderen Seite des Schiebers 9 ausbildende
Vorsprung 8 kommt später in einem nicht kritischen
Bereich des Zylinderkopfes 3 zum Liegen und ist daher unproblematisch.
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Um
auch diesen Vorsprung 8 zu vermeiden, ist es in einem weiteren
Ausführungsbeispiel, welches nicht dargestellt ist, von
Vorteil, wenn auch hier ein diesen Bereich umgreifender weiterer
Schieber angeordnet ist, der aber nicht dargestellt ist.
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Die
Funktion der Sandkernform stellt sich wie folgt dar:
Das Oberteil 4 wird
auf das Unterteil 5 aufgesetzt und der Schieber 9 von
der Seite so zugeführt, dass sich der Hohlraum 6 bildet.
Der Hohlraum 6 wird dann mit Sand befüllt. Nachfolgend
wird der Sand komprimiert und ausgehärtet, so dass sich
der Sandkern ausbildet.
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Der
Sandkern 2 wird nach Öffnung der Sandkernform 1 entnommen
und in einer dem Zylinderkopf 3 ausformenden Form eingebracht,
nachfolgend verschlossen und dient zum Ausbilden von Öffnungen,
Schächten oder Wassermantelabschnitten beim Ausfüllen
dieser Zylinderkopfform mit flüssigem Metallmaterial, insbesondere
Gussmaterial, wie etwa Aluminiumgussmaterial oder Stahlgussmaterial.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19643725
C2 [0003]
- - EP 0445355 B1 [0004]