DE102011079356A1

DE102011079356A1 - Gießkern einer Gussform zur Herstellung eines Zylinders

Info

Publication number: DE102011079356A1
Application number: DE102011079356A
Authority: DE
Inventors: Günther Mayer; Thorsten Eil; Jürgen Schwarz
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2011-07-18
Filing date: 2011-07-18
Publication date: 2013-01-24
Also published as: BR112014001061A2; WO2013010798A1; CN103648681B; EP2734322B1; EP2734322A1; CN103648681A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gießkern (1) einer Gussform zur Herstellung eines Zylinders einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Zweitaktmotors. Erfindungswesentlich ist dabei, dass der Gießkern (1) zweiteilig ausgebildet ist, nämlich aus einem Sandkern (2) und einem damit verbundenen Stahlkern (3). Hierdurch kann ein gleichmäßiges Erkalten erreicht und eine Lunkerbildung zumindest reduziert werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gießkern für eine Gussform zur Herstellung eines Zylinders einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung eines gegossenen Zylinders.
Aus der DE 35 09 015 A1 ist ein gattungsgemäßer Gießkern zum Gießen von aus Grauguss bestehenden Zylindern von Luft gekühlten Verbrennungsmotoren bekannt. Um dabei insbesondere ein hinsichtlich einer unerwünschten Lunkerbildung ungünstiges Abkühlverhalten optimieren zu können, wird ein Kern vorgesehen aus einer mit Bohrungen versehenen kompakten Metallkühlbüchse, die allseitig mit einer Sandverkleidung versehen ist. Mit diesem Gießkern mit intensiver Wärmeabfuhr wird bei der Erstarrung der in der Gussform befindlichen Graugussschmelze eine gezielte Formierung einer Gasdichte perlitischer Struktur der Zylinderwand, besonders der Fläche der Zylinderbohrung und einer die Wärmeleitung fördernden grauen Struktur in den Kühlrippen ermöglicht, wodurch hohe Qualitätsansprüche an die damit hergestellten Zylinder erfüllt werden sollen.
Generell besteht bei bekannten Gießverfahren zum Herstellen von gegossenen Zylindern für Brennkraftmaschinen das Problem, dass bei Verwendung eines Sandkernes eine ungleichmäßige Abkühlung des gegossenen Zylinders stattfindet, wodurch hohe Temperaturdifferenzen innerhalb des Zylinders auftreten. Diese vergleichsweise hohen Temperaturdifferenzen können zu einer Lunkerbildung, insbesondere auf einer späteren Zylinderlaufbahn, führen, was unbedingt zu vermeiden ist.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher insbesondere mit dem Problem, für einen Gießkern der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch ein verbessertes Wärmemanagement auszeichnet.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, einen Gießkern einer Gussform zur Herstellung eines Zylinders einer Brennkraftmaschine, insbesondere zur Herstellung eines Aluminium-Zylinders eines Zweitaktmotors, nicht wie bisher einteilig aus Sand auszubilden, sondern erfindungsgemäß aus zwei Teilen, nämlich aus einem Sandkern und einem damit verbundenen Stahlkern. Hierbei wird vorzugsweise lediglich der obere Teil des Gießkerns, also derjenige Bereich, der später einem Brennraum des Zylinders zugeordnet ist, aus Sand ausgebildet, wogegen ein unterer Bereich, also derjenige Bereich, der einer späteren Zylinderlauffläche zugeordnet ist, aus Stahl ausgebildet wird. Der Stahlkern nimmt dabei im Vergleich zum Sandkern deutlich mehr Wärme auf und führt diese vergleichsweise ab, wodurch es insbesondere im Bereich der Zylinderlauffläche zu einer deutlich erhöhten Temperaturdifferenz zwischen der Zylinderlauffläche (Oberfläche) und weiter innen kommt und dadurch Lunker vermieden bzw. zumindest reduziert werden können. Da derartige Lunker insbesondere im Bereich der späteren Zylinderlaufflächen äußerst kritisch sind, wird in besonders diesem Bereich der Stahlkern eingesetzt, um zusammen mit der außenliegenden und ebenfalls aus Metall ausgebildeten Kokille eine möglichst rasche/gleichmäßige Abkühlung des gegossenen Zylinders zu erreichen. Durch den aus Stahl ausgebildeten Kern erfolgt nun im Bereich der Zylinderlauffläche eine ebenso rasche Abkühlung nach innen wie nach außen zur Stahlkokille, wodurch die sich unter Umständen bildenden Lunker ins Innere der Zylinderwand gedrängt werden und zwar so tief, dass diese bei einer späteren Bearbeitung nicht mehr geöffnet werden. Im Bereich des späteren Brennraums hingegen ist der Gießkern weiterhin durch einen Sandkern gebildet, wodurch insbesondere schwierige Gießgeometrien, insbesondere auch Hinterschnitte, herstellbar sind. Der wesentliche Vorteil des erfindungsgemäßen Gießkerns liegt darin, dass die Lunkerbildung zumindest stark reduziert oder vorzugweise gänzlich vermieden wird und selbst beim Auftreten von Lunkern diese so tief in der Zylinderwand angeordnet sind, dass sie bei einem späteren Bearbeitungsschritt, bspw. bei einem Drehen oder Honen, nicht geöffnet werden und dadurch die Zylinderlaufeigenschaften nicht negativ beeinträchtigen.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung greift der Stahlkern über einen Dorn in eine entsprechende Ausnehmung am Sandkern ein, oder umgekehrt. Um eine feste Verbindung zwischen dem Stahlkern und dem Sandkern des Gießkerns zu erreichen, kann der Stahlkern einen entsprechenden Dorn und der Sandkern eine entsprechende Ausnehmung aufweisen, so dass der Stahlkern über den Dorn einfach in die Ausnehmung des Sandkerns eingesteckt und darüber mit dem Sandkern verbunden werden kann. Ein derart vom Stahlkern ausgehender Dorn hat weiter den großen Vorteil, dass dieser in der Art einer Wärmeleitrippe fungieren und dadurch das Temperaturmanagement im Gießkern weiter verbessern kann. Der Sandkern ist dabei vorzugsweise formschlüssig mit dem Stahlkern verbunden, wodurch die Handhabbarkeit des aus dem Sandkern und dem Stahlkern gebildeten Gießkerns deutlich vereinfacht wird.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung sind/ist der Sandkern und/oder der Stahlkern jeweils massiv ausgebildet. Durch die massive Ausbildung des Sandkerns und/oder des Stahlkerns sind diese vergleichsweise robust und dadurch bestens geeignet für den Einsatz in modernen Gießereien. Zugleich ermöglicht eine massive Ausbildung, insbesondere des Stahlkerns, auch eine deutlich verbesserte Wärmeaufnahme und damit eine deutlich verbesserte Wärmeabfuhr, wodurch ein gleichmäßiges Erstarren bzw. Erkalten des Zylinders erreicht werden kann.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
Dabei zeigen, jeweils schematisch,
1 einen erfindungsgemäßen Gießkern in einer Ansicht,
2 eine Schnittdarstellung durch den erfindungsgemäßen Gießkern entlang der Schnittebene A-A.
Entsprechend den 1 und 2, weist ein erfindungsgemäßer Gießkern 1 einer im übrigen nicht dargestellten Gussform zur Herstellung eines ebenfalls nicht dargestellten Zylinders einer Brennkraftmaschine, insbesondere zur Herstellung eines Zylinders eines Zweitaktmotors, einen Sandkern 2 sowie einen damit verbundenen Stahlkern 3 auf. Demzufolge ist der Gießkern 1 zweiteilig ausgebildet, wobei der Sandkern 2 einen Bereich eines späteren Brennraums des Zylinders zumindest teilweise abdeckt, wogegen der Stahlkern 3 einen Bereich einer späteren Zylinderlauffläche zumindest teilweise abdeckt. Insbesondere im Bereich der späteren Zylinderlauffläche ist das Auftreten von Lunkern äußerst kritisch, da dadurch die Kolbenlaufeigenschaften negativ beeinträchtigt werden können. Es gilt demzufolge derartige Lunker unbedingt zu vermeiden. Solche Lunker entstehen insbesondere dadurch, dass der gegossene Zylinder ungleichmäßig und mit großen Temperaturdifferenzen erstarrt, was insbesondere bei der Verwendung von bisher üblichen und ganz aus Sand ausgebildeten Gießkernen an der Tagesordnung war. Hier kann der erfindungsgemäße Sandkern 1 Abhilfe schaffen, indem er im Bereich einer späteren Zylinderlauffläche aus dem Stahlkern 3 gebildet ist und dadurch eine vergleichsweise hohe Wärmeabfuhr ermöglicht. Die hohe Wärmeabfuhr insbesondere im Bereich der späteren Zylinderlauffläche bewirkt eine geringe Temperaturdifferenz des erkaltenden Zylinders zwischen dem innenliegenden Stahlkern 3 und der außenliegenden, nicht gezeigten Kokille. Die Kokille bildet dabei eine Außenform der Gussform, wogegen der Gießkern 1 die Innenform der Gussform darstellt. Gleichzeit drängt der Stahlkern 3 durch eine hohe Abkühlgeschwindigkeit die sich bildenden Lunker so tief ins Innere der Zylinderwand, dass sie auch bei einer späteren Bearbeitung nicht mehr geöffnet werden.
Durch die Ausbildung des Gießkerns 1 im Bereich des späteren Brennraums des Zylinders aus Sand bzw. aus dem erfindungsgemäßen Sandkern 2 ist es möglich, selbst komplizierte Geometrien in diesem Bereich, insbesondere auch Hinterschnitten, gießen zu können.
Betrachtet man die 2, so kann man erkennen, dass der Sandkern 2 einen Dorn 4 aufweist, der in eine entsprechende Ausnehmung 5 am Stahlkern 3 eingreift. Verständlich ist auch die Ausbildung eines derartigen Dorns 4 am Stahlkern 3 und die entsprechende Ausbildung der Ausnehmung 5 am Sandkern 2 denkbar. Über den Dorn 4 und die zugehörige Ausnehmung 5 kann eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Sandkern 2 und dem Stahlkern 3 erreicht werden.
Wie der 2 weiter zu entnehmen ist, sind/ist der Sandkern 2 und/oder der Stahlkern 3 massiv ausgebildet, wodurch insbesondere im Bereich des Stahlkerns 3 eine hohe und eine rasche Wärmeabfuhr erfolgen kann. Stahl besitzt dabei gegenüber Sand eine deutlich verbesserte Wärmeleitfähigkeit. Zusätzlich können im Stahlkern 3 Öffnungen 6 vorgesehen sein, über welche bspw. eine Entlüftung oder Kühlen erfolgen kann.
Der erfindungsgemäße Gießkern 1 wird zum Herstellen von gegossenen Zylindern benutzt und bei diesem Verfahren von einer nicht gezeigten Kokille umgeben. Zusammen mit der Kokille stellt der Gießkern die Gussform dar. Das zum Gießen des Zylinders verwendete Material kann bspw. Stahlguss aber auch Leichtmetall, wie bspw. Aluminium sein.
Mit dem erfindungsgemäßen Gießkern 1 sind eine gleichmäßige Abkühlung des gegossenen Zylinders von innen und aussen und damit verbunden eine deutlich reduzierte Lunkerbildung im Bereich der kritischen Bereiche zu erreichen, wodurch die Qualität der so hergestellten Zylinder deutlich gesteigert werden kann. Bilden sich wider Erwarten trotzdem Lunker bzw. Einschlüsse, so sind diese üblicherweise so tief im Zylinder angeordnet, dass sie bei einem späteren Bearbeitungsschritt, bspw. bei einem Schleifen, Drehen oder Honen, nicht offengelegt werden und dadurch unschädlich sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 3509015 A1 [0002]

Claims

Gießkern (1) einer Gussform zur Herstellung eines Zylinders einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Zweitaktmotors, dadurch gekennzeichnet, dass der Gießkern (1) zweiteilig ausgebildet ist, nämlich aus einem Sandkern (2) und einem damit verbundenen Stahlkern (3).
Gießkern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sandkern (2) einen Bereich des späteren Brennraums des Zylinders zumindest teilweise abdeckt, wogegen der Stahlkern (3) einen Bereich einer späteren Zylinderlauffläche zumindest teilweise abdeckt.
Gießkern nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stahlkern (3) über einen Dorn (4) in eine entsprechende Ausnehmung (5) am Sandkern (2) eingreift, oder umgekehrt.
Gießkern nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sandkern (2) formschlüssig mit dem Stahlkern (3) verbunden ist.
Gießkern nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Sandkern (2) und/oder der Stahlkern (3) massiv ausgebildet sind.
Verfahren zur Herstellung eines gegossenen Zylinders, bei dem eine Kokille als Außenform und ein Gießkern (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 als Innenform eingesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zwischen der Außenform und der Innenform verbleibende Hohlraum mit Metall, insbesondere mit Aluminium ausgegossen wird.