DE102010041876A1

DE102010041876A1 - Verfahren zur Fertigung eines Gussteils mit zumindest einem Fluid führenden Kanal

Info

Publication number: DE102010041876A1
Application number: DE102010041876A
Authority: DE
Inventors: Georg Malek
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2010-10-01
Filing date: 2010-10-01
Publication date: 2012-04-05

Abstract

Verfahren zur Fertigung eines Gussteils mit zumindest einem Fluid führenden Kanal (3), insbesondere einem Zylinderkopf (2) oder Kurbelgehäuse (1) einer Brennkraftmaschine, wobei für den Kanal (3) zumindest zwei miteinander verbindbare Kerne vorgesehen sind, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: – Herstellung der Kerne aus einem temperaturfesten, aus dem fertigen Gussteil wieder entfernbaren Material, – Fügen der Kerne mit einer Lagefixierung in einer Form oder – Einlegen der gefügten Kerne mit einer Lagefixierung in eine Form, – Gießen des Gussteils mit einem flüssigen Material, – Erstarrtes Gussteil aus der Form nehmen und Kerne entfernen, – Mechanisches Entfernen einer Gusshaut mit einem Werkzeug (8) in einem strömungskritischen Bereich von außen durch das Gussteil hindurch in den Kanal (3) hinein, – Verschließen einer Öffnung, die durch das mechanische Entfernen entstanden ist mit einem Verschlussteil. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt die Darstellung hocheffizienter Strömungsführung eines Fluids für thermomechanisch sehr hoch belastete Gussteile, die im konventionellen Gussverfahren hergestellt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fertigung eines Gussteils mit zumindest einem Fluid führenden Kanal mit den Merkmalen aus dem Patentanspruch 1.
Aus dem deutschen Gebrauchsmuster DE 93 15 991 U1 ist es z. B. bekannt, dass zum Herstellen von Hohlräumen, wie z. B. Fluid führende Kanäle, in Gussteilen üblicherweise Sandkerne benötigt werden. Dabei ist es häufig erforderlich, mehrere Sandkerne zu einem sog. Kernpaket zusammen zu montieren. Dies ist z. B. bei einem Kernpaket für ein Kurbelgehäuse oder einen Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine notwendig. Dabei müssen die einzelnen Kerne beim oder nach Beendigung des Montagevorgangs bis nach dem. Einlegen in die Gießform kraftschlüssig zusammengehalten werden. Dies geschieht häufig durch Schrauben, Nägel oder Kleben. Beim Schrauben sind häufig teure Spezialschrauben erforderlich, welche später nur schwer aus dem Gussteil bzw. aus dem Formsand entfernt werden können.
Das Kleben hat den Nachteil, dass die Klebemenge schwer zu dosieren ist und die Klebegeräte durch den Kleber sehr störanfällig sind. Ferner ist der Kleber nicht umweltfreundlich und zum notwendigen Erwärmen wird zusätzlich Energie benötigt. Weiter weist das Kleben den Nachteil auf, dass sich in dem Hohlraum eine Gusshaut ausbilden kann. Dies ist besonders kritisch, wenn der Hohlraum zum Führen eines Fluids, wie beispielsweise einem Kühlmittel zur späteren Kühlung des Gussteils vorgesehen ist, da der nach der Schmelzebefüllung verdampfende Kleber örtlich zu Porositäten, Lunkerbildung aber auch zur Gusshautbildung im Gussteil führen kann. Diese Gusshaut kann später zu massiven Beeinträchtigungen der Durchströmung und damit der Kühlfunktion des Bauteils führen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren aufzuzeigen, mit dem oben genannte Nachteile beseitigt werden können.
Diese Aufgabe wird durch die Verfahrensschritte gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst.
Das vorgeschlagene Verfahren bzw. der erfindungsgemäße Herstellprozess erlaubt in vorteilhafter Weise die Darstellung hocheffizienter Strömungsführung in thermomechanisch sehr hoch belasteten Gussteilen, die im konventionellen Gussverfahren hergestellt werden. Durch das erfindungsgemäße mechanische Entfernen der Gusshaut mit einem Werkzeug in einem strömungskritischen Bereich von außen durch das Gussteil hindurch in den Kanal hinein, mit anschließendem Verschließen der Öffnung, die durch das mechanische Entfernen der Gusshaut entstanden ist mit einem Verschlussteil, kann die Strömungsführung für das Fluid besonders gut optimiert werden. Der Mehraufwand für die Kernherstellung und die mechanische Nacharbeit (Gusshautentfernung) wird durch die genannten Vorteile schnell überkompensiert.
Der Verfahrensschritt gemäß Patentanspruch 2 wird besonders bevorzugt zur Verbindung der Kerne vorgesehen.
Die mechanische Entfernung der Gusshaut gemäß Patentanspruch 3 sind zwei besonders bevorzugte Varianten.
Weiter kann das erfindungsgemäße Verfahren gem. Patentanspruch 4 sowohl für das Gießen von Metall als auch von Kunststoff verwendet werden. Das Metall kann beispielsweise eine Leichtmetalllegierung oder eine Stahllegierung sein. Als Kunststoff kommen beispielsweise Thermoplaste zur Verwendung.
Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles anhand von 2 Figuren näher erläutert.
1 zeigt einen Schnitt durch ein Kurbelgehäuse und einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine entlang einer Hochachse H eines Zylinders.
2 zeigt einen Schnitt durch den Zylinderkopf aus 1, normal zur Hochachse H des Zylinders.
Im Folgenden gelten in beiden Figuren für gleiche Bauelemente die gleichen Bezugsziffern.
1 zeigt einen Schnitt durch ein Kurbelgehäuse 1 und einen Zylinderkopf 2 einer Brennkraftmaschine, entlang einer Hochachse H eines Zylinders. Eine Einlassseite der Brennkraftmaschine ist mit ES bezeichnet, eine Auslassseite der Brennkraftmaschine ist mit AS bezeichnet, jeweils ausgehend von der Hochachse H. Der Zylinderkopf ist als Gussteil hergestellt und weist einen mit einem Fluid, im vorliegenden. Ausführungsbeispiel einem Kühlmittel, führenden Kanal 3 auf. Der Kanal 3 besteht aus einem geodätisch oben liegenden Kanal 3 und einem geodätisch unten liegenden Kanal 3. Einlassseitig und Auslassseitig ist jeweils ein Kernlager 5 vorgesehen. Weiter ist ein Gaswechseleinlasskanal und ein Gaswechselauslasskanal strichliniert, nicht beziffert dargestellt, wobei der Gaswechselauslasskanal in eine Abgasanlage 4 mündet. Beim Gießen des Zylinderkopfes 2 werden für den geodätisch oben liegenden und für den geodätisch unten liegenden Kanal 3 zwei miteinander verbindbare Kerne vorgesehen. Bei der Fertigung des Zylinderkopfes bzw. des Gussteiles werden folgende Verfahrensschritte vorgesehen:

– Herstellung der Kerne aus einem temperaturfesten, aus dem fertigen Gussteil wieder entfernbaren Material, im vorliegenden Beispiel bevorzugt Kernsand,
– Fügen der Kerne mit einer Lagefixierung in einer Form oder
– Einlegen der gefügten Kerne mit einer Lagefixierung in eine Form,
– Gießen des Gussteils mit einem flüssigen Material, im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Leichtmetalllegierung, hier eine Aluminiumlegierung,
– Erstarrtes Gussteil aus der Form nehmen und entfernen der Kerne und weiter erfindungsgemäß,
– Mechanisches Entfernen einer Gusshaut mit einem Werkzeug 8 in eifern strömungskritischen Bereich von außen durch das Gussteil hindurch in den Kanal 3, und
– Verschließen einer Öffnung, die durch das mechanische Entfernen entstanden ist mit einem Verschlussteil 7.

Fügeflächen der Kerne können bei diesem Verfahren entweder rein mechanisch arretiert werden oder auch geklebt werden. Auch das unvorteilhafte Schrauben oder Nageln ist möglich. Besonders bevorzugt erfolgt das mechanische Entfernen der Gusshaut durch Bohren oder Fräsen. Anstelle von einem Leichtmetall kann auch ein Stahlwerkstoff zum Einsatz kommen oder im Falle anderer Bauteile auch ein Kunststoff, wie z. B. ein Thermoplast.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt die Darstellung hocheffizienter Strömungsführung für alle thermomechanisch sehr hoch belasteten Gussteile, wie beispielsweise Zylinderköpfen oder Kurbelgehäuse, die im konventionellen Gussverfahren hergestellt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren birgt keine Risiken und bringt nur Vorteile für die Kühlfunktion sowie die Haltbarkeit der Bauteile. Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist die Darstellung thermomechanisch sehr hoch belasteter Gussteile möglich und damit eine hohe Funktionssicherheit und Lebensdauer gewährleistet. Der Mehraufwand für die Kernherstellung und die mechanische Nacharbeit, das mechanische Entfernen der Gusshaut, wird durch die Vorteile schnell überkompensiert.
2 zeigt einen Schnitt durch den Zylinderkopf 2 aus 1, normal zur Hochachse H, wobei zwei Brennraumkonturen sowie Gaswechseleinlass- und Gaswechselauslasskanäle zum besseren Verständnis gestrichelt dargestellt und nicht beziffert sind. Dargestellt sind wiederum vier Kernlager 5, zwei einlassseitig und zwei auslassseitig, an denen die Kerne beim Gießvorgang einander berühren. Diese Kernlager 5 werden nach Erstarren des Gussteiles mit Werkzeugen 8 weiter mechanisch bearbeitet. Die Werkzeuge 8 werden hierbei von außen durch das Gussteil hindurch in die strömungskritischen Bereiche gebracht, wobei anschließend die Gusshaut in den strömungskritischen Bereichen entfernt wird. Nach dieser mechanischen Bearbeitung von außen werden die hierbei entstandenen Öffnungen mit einem Verschlussteil 7 wieder verschlossen. Dies können entweder Einschraubelemente wie beispielsweise Schrauben oder Gewindeplatten sein, Einpressbauelemente, wie z. B. Stopfen, oder auch Schweißverbindungen.
Bezugszeichenliste

1: Kurbelgehäuse
2: Zylinderkopf
3: Kanal
4: Abgasanlage
5: Kernlager
6: Durchbruch
7: Verschlussteil
8: Werkzeug
AS: Auslassseite
ES: Einlassseite
H: Hochachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 9315991 U1 [0002]

Claims

Verfahren zur Fertigung eines Gussteils mit zumindest einem Fluid führenden Kanal (3), insbesondere einem Zylinderkopf (2) oder Kurbelgehäuse (1) einer Brennkraftmaschine, wobei für den Kanal (3) zumindest zwei miteinander verbindbare Kerne vorgesehen sind, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: – Herstellung der Kerne aus einem temperaturfesten, aus dem fertigen Gussteil wieder entfernbarem Material, – Fügen der Kerne mit einer Lagefixierung in einer Form oder – Einlegen der gefügten Kerne mit einer Lagefixierung in eine Form, – Gießen des Gussteils mit einem flüssigen Material, – Erstarrtes Gussteil aus der Form nehmen und Kerne entfernen, – Mechanisches Entfernen einer Gusshaut mit einem Werkzeug (8) in einem strömungskritischen Bereich von außen durch das Gussteil hindurch in den Kanal (3) hinein, – Verschließen einer Öffnung, die durch das mechanische Entfernen entstanden ist mit einem Verschlussteil (7).
Verfahren zur Fertigung eines Gussteils nach Patentanspruch 1, wobei die Kerne in dem zu fügenden Bereich Fügeflächen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass Fügeflächen der Kerne geklebt werden.
Verfahren zur Fertigung eines Gussteils nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mechanische Entfernen der Gusshaut durch Bohren oder Fräsen erfolgt.
Verfahren zur Fertigung eines Gussteils nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gießen mit einem Metall oder einem Kunststoff erfolgt.