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Die Erfindung betrifft einen Kern für ein Gießwerkzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Gießwerkzeug mit einem oder mehreren solcher Kerne gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 7.
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Ein solcher Kern dient zur Herstellung eines zumindest zwei benachbarte zylinderförmige Ausnehmungen (kurz: Zylinder) aufweisenden Zylinderkurbelgehäuses, die je zur Aufnahme eines Kolbens ausgebildet sind und durch einen Steg des Zylinderkurbelgehäuses voneinander getrennt sind.
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Ein Zylinderkurbelgehäuse ist Teil eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Kraftfahrzeugmotors und weist neben den zylinderförmigen Ausnehmungen insbesondere auch eine Lagerung für eine Kurbelwelle und bei wassergekühlten Motoren einen Wassermantel auf, der die zylinderförmigen Ausnehmungen des Zylinderkurbelgehäuses umgibt.
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Hinsichtlich des Designs eines Zylinderkurbelgehäuses wird insbesondere zwischen sogenannten Closed-Deck- und Open-Deck-Konstruktionen eines Zylinderkurbelgehäuses unterschieden. Bei der Closed-Deck-Ausführung ist der die zylinderförmigen Ausnehmungen umgebende Wassermantel nach oben hin verschlossen (bezogen auf einen bestimmungsgemäß in ein Fahrzeug eingebauten Zustand des Zylinderkurbelgehäuses), so dass eine entsprechende Oberseite des Zylinderkurbelgehäuses lediglich die zylinderförmigen Ausnehmungen (Zylinderbohrungen) sowie ggf. Motoröl- und Kühlwasserkanalbohrungen zeigt, wohingegen bei einem Open-Deck-Design der Wassermantel nach oben hin offen ist, so dass insbesondere die die zylinderförmigen Ausnehmungen bildenden Zylinderlaufbuchsen freistehend ausgebildet sind. Der Wassermantel muss daher mit einer zusätzlichen Dichtung verschlossen werden.
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Das Closed-Deck-Design wird hauptsächlich bei hochbelasteten Zylinderklurbelgehäusen verwendet, da bei dieser Bauweise die Zylinder, die zusammen mit den Kolben und dem Zylinderkopf die Brennräume darstellen, bei hohen Verbrennungsdrücken, wie sie bei modernen Dieselmotoren, aber zunehmend auch bei aufgeladenen Ottomotoren auftreten, besser gegen elastische Aufweitung des zylinderdeckseitigen Bereichs stabilisiert werden als bei einer Open-Deck-Konstruktion. Der maximale Druck tritt im Moment der Zündung (beim Ottomotor) bzw. der Kraftstoffeinspritzung beim Dieselmotor bzw. kurz danach auf, weshalb das obere Zylinderende die höchste radial aufweitende Belastung erfährt. Besonders belastet ist hierbei der Zylinderstegbereich, da sich hier durch das Zusammentreffen mehrerer Regelgeometrien eine für das Spannungsniveau äußerst ungünstige Komplexgeometrie ergibt mit ausgeprägter, das Versagen fördernder Kerbwirkung. Es kann somit sein, daß ein Open-Deck-Zylinderkurbelgehäuse die verbennungsseitigen Belastungen im Zylinderstegbereich mit nach oben offenem Kühlkanal gerade nicht mehr erträgt, sei es auch nur wegen eines für die Motorbaulänge günstigen kleinen Zylinderabstands mit entsprechend schmalen Zylinderstegen. Aber gerade bei einem entsprechend spezifisch hoch ausgelasteten Motor ist oftmals eine Zylinderstegkühlung unerläßlich.
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Der Wassermantel eines Zylinderkurbelgehäuses umgreift die nebeneinander angeordneten zylinderförmigen Ausnehmungen des Zylinderkurbelgehäuses in ihrer Gesamtheit, d. h., er umläuft diese in sich geschlossen. Um die Kühlung zu verbessern, werden dabei nachträglich, d. h., nach dem Gießen des Zylinderkurbelgehäuses Bohrungen in die Stege eingebracht, die einander gegenüberliegende Abschnitte des Wassermantels miteinander verbinden, so dass auch zumindest ein Kühlkanal zwischen zwei benachbarten Zylindern verläuft.
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Das Ausführen dieser Bohrungen ist jedoch sehr aufwändig und kostenintensiv und in tiefer liegenden Bereichen der Stege oftmals nicht möglich.
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Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, die vorstehend genannten Schwierigkeiten bei der Herstellung von Zylinderkurbelgehäusen zu vermeiden und eine verbesserte Lösung bereitzustellen.
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Dieses Problem wird durch einen Kern mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Danach ist vorgesehen, dass der besagte (zerstörbare) Kern dazu ausgebildet ist, zur Ausbildung eines im Steg verlaufenden Kühlkanals an einem Wassermantelschieber des Gießwerkzeuges festgelegt zu werden, der zur Ausbildung eines die zylinderförmigen Ausnehmungen umgreifenden Wassermantels eingerichtet und vorgesehen ist. Vorzugsweise ist der Kern dabei als ein Salzkern ausgebildet, so dass der Kern nach dem Gießen des Zylinderkurbelgehäuses aus diesem entfernt werden kann (z. B. durch Auflösen mit einem Lösungsmittel). Der Wassermantelschieber (Stahlschieber) bildet ein Element des Gießwerkzeuges und weist einen formgebenden Bereich auf, der von einer flächigen Basis (Grundplatte) des Wassermantelschiebers abragt. Der formgebende Bereich bildet dabei eine Positivform für den zu gießenden Wassermantel, d. h., verdrängt das Gießmaterial (z. B. Aluminium), so dass der Wassermantel des Zylinderkurbelgehäuses entsteht. Die zylinderförmigen Ausnehmungen selber werden von sogenannten Pinolen abgeformt, die die zylinderförmigen Ausnehmungen beim Gießen aussparen. Die Pinolen sind dabei insbesondere als entsprechend zylinderförmige Schieber ausgebildet, die bezüglich des Gießwerkzeuges bewegbar sind. Nach dem Gießen werden die Pinolen (wie der Wassermantelschieber) aus dem Gießwerkzeug herausgezogen, so dass die entsprechenden, zylinderförmigen Ausnehmungen (Zylinderräume) des Zylinderkurbelgehäuses freigegeben werden.
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Mit anderen Worten betrifft der Erfindungsgedanke also insbesondere speziell ausgestaltete Salzkerne, welche mit einem entsprechenden Gießwerkzeug (Druckgusswerkzeug) zusammenwirken. Dabei wird ein solcher Kern vorzugsweise mittels einer speziellen Klemmung im Gießwerkzeug positioniert und gehalten, so dass der oder die Kühlkanäle beim Abgießen in der gewünschten Form in dem jeweiligen Steg herstellbar sind. Dies ersetzt mit Vorteil die besagten Bohrungen bzw. gestattet das Hindurchführen von Kühlmittel (Wasser) auch in tieferen Regionen der besagten Stege, wo nicht mehr gebohrt werden kann. Es wird somit vorteilhaft ein zur Zylinderdeckseite hin geschlossener Kühlkanal auch im Bereich der jeweiligen Stege ausgebildet. Dies ist insbesondere bei Dieselmotoren mit hoher Leistungsdichte vorteilhaft zur Vermeidung hoher thermisch bedingter Zylinderdeformation.
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Vorzugsweise ist der erfindungsgemäße Kern dazu ausgebildet, formschlüssig in einer Aussparung des den Wassermantel definierenden, formgebenden Bereiches des Wassermantelschiebers angeordnet zu werden. Bevorzugt wird jene Aussparung durch einander gegenüberliegende Randbereiche des formgebenden Bereiches (im Bereich der späteren Stege des Zylinderkurbelgehäuses) des Wassermantelschiebers definiert.
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In einer Variante der Erfindung ist der Kern diesbezüglich dazu ausgebildet, am Wassermantelschieber zwischen den beiden Randbereichen eingeklemmt zu werden. Dabei wird der Kern gegen die beiden Randbereiche des formgebenden Bereiches vorgespannt und daher in der besagten Aussparung festgelegt.
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In einer alternativen Ausführungsform ist an der Basis (Grundplatte) des Wassermantelschiebers, von der jener formgebende Bereich abragt, eine Nut ausgebildet, die sich vorzugsweise entlang der Grundplatte von dem einen Randbereich des formgebenden Bereiches zum gegenüberliegenden anderen Randbereich des formgebenden Bereiches des Wassermantelschiebers erstreckt, wobei nun bevorzugt der Kern dazu ausgebildet ist, zum Festlegen am Wassermantelschieber in jener Nut angeordnet bzw. eingeklemmt zu werden. Hierzu kann der Kern an einem in die Nut einzuführenden freien Endbereich des Kernes eine Krümmung aufweisen (bzw. an einer Seite einen konvexen Überstand und an der abgewandten Seite einen konkaven Ausschnitt), so dass der Kern beim Anordnen in der Nut aufgrund der zwangsweisen Aufhebung der Krümmung gegen die Nut vorgespannt wird. Dieses Prinzip kann natürlich auch umgekehrt werden, d. h., die Nut weist eine Krümmung auf und der in die Nut einzuführende freie Endbereich des Kernes ist gerade ausgebildet, so dass der Kern wiederum beim Einführen in die Nut gegen die Nut vorgespannt wird.
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Bevorzugt weist der erfindungsgemäße Kern zur Ausbildung zumindest eines Stegbereiches eines zwei benachbarte Zylinder trennenden Steges des Zylinderkurbelgehäuses zumindest einen Ausschnitt auf, bei dem es sich insbesondere um eine Durchgangsöffnung des Kernes handelt.
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Zur Anlage an die beiden Randbereiche des formgebenden Bereiches des Wassermantelschiebers weist der Kern bevorzugt zwei einander gegenüberliegende Randbereiche auf, wobei der Kern zumindest einen Kernbereich aufweist, der die beiden Randbereiche des Kernes durchgängig miteinander verbindet. Diese durchgängigen Bereiche (Brücken) des Kernes bilden dabei eine Positivform für die in die Stege einzubringenden Kühlkanäle. Bei mehreren Kühlkanälen weist der Kern entsprechend mehrere, von einem Randbereich zum anderen Randbereich des Kernes verlaufende Brücken auf, wobei benachbarte Brücken durch eine Durchgangsöffnung des Kernes abschnittsweise voneinander getrennt sind, die jeweils eine Negativform für einen zu gießenden Stegbereich des zugeordneten Steges des Zylinderkurbelgehäuses bildet.
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Des Weiteren wird das erfindungsgemäße Problem gemäß Anspruch 7 durch ein Gießwerkzeug (Druckgusswerkzeug) zur Herstellung eines zumindest zwei benachbarte zylinderförmigen Ausnehmungen (Zylinder) aufweisenden Zylinderkurbelgehäuses eines Verbrennungsmotors (Kraftfahrzeugmotors) gelöst, wobei jene Zylinder je zur Aufnahme eines Kolbens des Motors ausgebildet sind und durch einen Steg des Zylinderkurbelgehäuses voneinander getrennt sind, mit einem erfindungsgemäßen Kern (siehe oben), sowie mit einem Wassermantelschieber, der zur Ausbildung eines die zylinderförmigen Ausnehmungen umgreifenden Wassermantels eingerichtet und vorgesehen ist, wobei der Kern dazu ausgebildet ist, zur Ausbildung eines im Steg verlaufenden Kühlkanals an dem Wassermantelschieber des Gießwerkzeuges festgelegt zu werden.
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Das vorstehende Gießwerkzeug kann natürlich durch die Merkmale der Ansprüche 1 bis 6 weitergebildet werden.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sollen mittels der nachfolgenden Figurenbeschreibungen von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Figuren erläutert werden.
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Dabei zeigen:
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1 eine schematische Draufsicht auf die Oberseite eines Zylinderkurbelgehäuses;
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2 eine perspektivische Ansicht eines Wassermantelschiebers eines Gießwerkzeuges mit daran festgelegten Kernen zur Ausbildung von Kühlkanälen in zwischen den Zylindern verlaufenden Stegen;
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3 eine perspektivische Ansicht einer Abwandlung des in der 2 gezeigten Wassermantelschiebers bzw. Kernes;
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4 eine perspektivische Ansicht eines Kernes gemäß 3;
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5 eine weitere perspektivische Ansicht eines Kernes gemäß 3; und
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6 eine Draufsicht auf einen Kern gemäß 4 und 5, der in einer Nut einer Grundplatte (Basis) des Wassermantelschiebers gemäß 3 angeordnet ist.
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1 zeigt eine schematische, ausschnitthafte Draufsicht auf eine Oberseite eines Zylinderkurbelgehäuses 1 eines Verbrennungsmotors mit zwei benachbarten zylinderförmigen Ausnehmungen 30 (Zylindern) zur Aufnahme je eines zugeordneten Kolbens des Verbrennungsmotors. Zum Kühlen der Zylinderräume 30 weist das Zylinderkurbelgehäuse 1 einen Wassermantel 50 zur Aufnahme eines Kühlmittels in Form von Wasser auf. Die einzelnen Zylinder 30 sind durch Stege 10 voneinander getrennt. Um in diesen Bereichen eine Kühlung der benachbarten Zylinderräume 30 zu ermöglichen, verlaufen durch die Stege Kühlkanäle 100. Die Bereiche zwischen den Kühlkanälen bzw. die daran angrenzenden Bereiche eines Steges 10 werden auch als Stegbereiche 11 des Steges 10 bezeichnet.
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Die besagten Kühlkanäle 100 werden erfindungsgemäß nicht durch ein nachträgliches Durchbohren der Stege 10 hergestellt, sondern bereits während des Gießens des Zylinderkurbelgehäuses 1 entsprechend den 2 bis 6.
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Hierzu wird für jeden Steg 10 des herzustellenden Zylinderkurbelgehäuses 1 ein nach dem Gießen zerstörbarer Kern 20, insbesondere in Form eines Salzkernes, in eine Aussparung 400 eines formgebenden Bereiches 41 eines Wassermantelschiebers 40 angeordnet, der von einer Grundplatte (Basis) 42 des Wassermantelschiebers 40 abragt. Jene Aussparung 400 befindet sich dabei in einem Bereich des formgebenden Bereiches 41, in dem später beim Gießen der herzustellende Steg 10 mit zumindest einem Kühlkanal 100 entsteht. 2 zeigt diesbezüglich einen bestimmungsgemäß angeordneten Kern 20 sowie einen Kern 20 vor dem Einbringen in die Aussparung 400 entlang der angedeuteten Richtung.
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Gemäß 2 kann der Kern 20 dabei zwischen zwei gegenüberliegende Randbereiche 401, 402 des formgebenden Bereiches 41 in Motorquerrichtung eingeklemmt werden, die jene Aussparung definieren. Der in der Aussparung eingesetzte Kern 20 ergänzt dabei den formgebenden Bereich 41, so dass insbesondere im Bereich des späteren Steges 10 eine vollständige Positivform der Kühlkanäle 100 gegeben ist. Da der Kern 20 zerstörbar ist (z. B. durch Ausspülen nach dem Gießen), ist das Gießen der Stegbereiche 11 zwischen den Kühlkanälen 100 möglich, obwohl diese die Gesamtform hintergreifen.
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Beim späteren Ziehen des Stahlwassermantelschiebers, also beim Öffnen der Druckgußform nach dem Gießvorgang, verbleiben die Kerne 20 im sie umgebenden Gußmaterial, also in dem Zylinderkurbelgehäuserohteil, indem sie aus den entsprechend geformten Ausnehmungen 401 und 402 herausgleiten. In einem weiteren, nachgelagerten Entformungsschritt erfolgt dann das Auspülen der Salzkerne. Die Zylinder 30 entstehen beim Gießen durch entsprechend geformte Pinolen 80, von denen in der 2 lediglich eine angedeutet ist.
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Der Kern 20 weist gemäß den 4 bis 5 zwei einander gegenüberliegende Randbereiche 21 und 22 auf, die zur Anlage an die besagten Randbereiche 401, 402 des formgebenden Bereiches 41 des Wassermantelschiebers 40 eingerichtet und vorgesehen sind. Zwischen den Randbereichen 21, 22 des Kernes 20 erstrecken sich durchgängige Kernbereiche 202 in Form von Brücken, die die späteren Kühlkanäle 100 definieren und durch Durchgangsöffnungen 201 voneinander getrennt sind, die die Stegbereiche 11 zwischen den Kühlkanälen 100 definieren.
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Alternativ zum Festklemmen des Kernes 20 am formgebenden Bereich 41 des Wassermantelschiebers 40 gemäß 2 kann gemäß 3 an der Grundplatte 42 des Wassermantelschiebers 40 zwischen den jeweiligen Randbereichen 401, 402 des formgebenden Bereiches 41 eine Nut 420 vorgesehen werden, in die der Kern 20 eingeklemmt werden kann. Vorteilhafterweise befindet sich diese Nut 420 und der darin eingeklemmte Bereich des Kerns 20 oberhalb der später zu bearbeitenden Deckfläche des fertigen Zylinderkurbelgehäuses, auf der dann die Zylinderkopfdichtung aufliegt, so daß zwar das Rohteil in diesem Bereich Oberflächenunregelmäßigkeiten aufweist, nach Fertigbearbeitung jedoch eine vollkommen glatte, kerbwirkungsfreie und somit spannungsoptimale (geschlossene) Deckfläche im Zylindersteg vorliegt.
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Hierzu kann der Kern 20 gemäß den 4 bis 6 an einem freien, in die Nut 420 einzuführenden Endbereich 200 eine Krümmung aufweisen, die z. B. durch einen konkaven Ausschnitt 200a an einer ersten Seite des freien Endbereiches 200 (vergleiche gestrichelte Linie in der 4) sowie einen konvex abragenden Bereich 200b an einer der ersten Seite abgewandten zweiten Seite des freien Endbereiches 200 dargestellt werden kann. Wird der Kern 20 dann gemäß den 3 und 6 in der zugeordneten Nut 420 angeordnet, wird er aufgrund seiner vorhandenen Krümmung gegen die Nut 420 vorgespannt und somit in der Nut 420 gehalten.
