DE102012101893A1

DE102012101893A1 - Vorrichtung zur Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses

Info

Publication number: DE102012101893A1
Application number: DE102012101893A
Authority: DE
Inventors: Stephan Beer; Steffen Ziegler; Christian Klimesch; Ludger Urhahn; Helge Woelbing
Original assignee: KS Aluminium Technologie GmbH
Current assignee: KS Huayu Alutech GmbH
Priority date: 2012-03-06
Filing date: 2012-03-06
Publication date: 2013-09-12
Anticipated expiration: 2032-03-07
Also published as: EP2636468A2; EP2636468B1; DE102012101893C5; EP2636468A3; DE102012101893B4

Abstract

Es sind Vorrichtungen zur Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses (10) mit einer Gießform (12) mit mehreren Formteilen (14, 16), zumindest einem Wassermantelkern (22), welcher an beiden Längsseiten (24) eines oder mehrerer eine Zylinderreihe bildender Formteile (20) angeordnet ist und zumindest einem Stegkern (28), welcher zwischen den die einzelnen Zylinder (18) einer Zylinderreihe bildenden Formteilen (20) angeordnet ist, bekannt. Die bekannten stegkerne werden zumeist an den Wassermantelkernen befestigt, so dass sich bei der Herstellung zu große Toleranzen bezüglich der Lage zu den Zylindern ergeben. Es wird daher vorgeschlagen, dass der zumindest eine Stegkern (28) in die Gießform (12) eingelegt und zur Gießform (12) ausgerichtet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses mit einer Gießform mit mehreren Formteilen, zumindest einem Wassermantelkern, welcher an beiden Längsseiten eines oder mehrerer eine Zylinderreihe bildender Formteile angeordnet ist und zumindest einem Stegkern, welcher zwischen den die einzelnen Zylinder einer Zylinderreihe bildenden Formteilen angeordnet ist.
Bei modernen Verbrennungsmotoren wird das Zylinderkurbelgehäuse unabhängig von der Wahl der Zylinderanordnung zur Reduzierung von Gewicht und Bauraum mit sehr kleinen Abständen zwischen den Zylindern einer Zylinderreihe hergestellt. Dennoch muss sowohl eine ausreichende Festigkeit der die Zylinder begrenzenden Seitenwände sichergestellt werden als auch eine ausreichende Kühlung dieser Stegbereiche zwischen den Zylindern, da andernfalls bei hochbelasteten Motoren eine thermische Überbeanspruchung zu befürchten ist.
Aus diesem Grund ist es bekannt, in die Gießformen neben den einen Kühlkanal an den Längsseiten der Zylinder bildenden Wassermantelkernen zusätzliche Bohrungen in den Stegbereich einzubringen, über die die gegenüberliegenden Kühlkanäle miteinander verbunden werden. Eine Brennkraftmaschine mit einer derartig ausgebildeten Stegkühlung ist beispielsweise aus der DE 10 2005 037 384 A1 bekannt.
Häufig ist es jedoch wünschenswert auf eine Nachbearbeitung an den dünnen Stegen verzichten zu können. Entsprechend wird in der DE 198 32 718 A1 vorgeschlagen, zwischen die den Wassermantel bildenden Kerne eine Graphitplatte einzusetzen, welche in die beiden Kerne eingeformt ist. Die Graphitplatte bildet nach ihrem Abbrennen am fertigen Zylinderkurbelgehäuse eine Querbohrung zwischen den beiden Wassermänteln an den Längsseiten.
Ähnliche Verbindungsöffnungen zwischen den gegenüberliegenden Kühlmittelmänteln werden in der DE 10 2009 033 402 A1 durch die Verwendung eines faserhaltigen Materials oder in der DE 38 28 093 A1 durch die Verwendung von Keramik, welches zwischen den Kühlmantelkernen durch diese in Position gehalten wird und die beiden Kühlmantelkerne miteinander verbinden, geschaffen. Diese die Stegkühlungskanäle bildenden Teile werden anschließend aus dem Gussstück entfernt. Bei der DE 38 28 093 A1 werden die Kerne über Öffnungen an der Zylinderdeckfläche durch anschließendes Kernputzen entfernt.
Des Weiteren ist aus der EP 0 197 365 A2 eine Vorrichtung zur gießtechnischen Herstellung eines Kühlkanals im Stegbereich zwischen zwei Zylindern bekannt, bei der separate Kerne zur Bildung dieser Kühlwasserkanäle verwendet werden, die nicht gezwungenermaßen mit den Kühlwasserkanälen der üblichen Wassermäntel in Kontakt stehen. Diese werden im Sohlenkern fixiert und sind wie der Sohlenkern aus Sand hergestellt. Entsprechend befinden sich an der zum Zylinderkopf weisenden Oberfläche des fertigen Zylinderkurbelgehäuses Öffnungen, über die die Stegkühlkanäle mit Kühlmittel versorgt werden können.
Nachteilig an den bekannten Ausführungen ist, dass diese eine Stegkühlung schaffenden Kerne lediglich zu anderen Kernteilen ausgerichtet werden, wodurch insbesondere dann Fehler entstehen können, wenn diese Kanäle aus dem Zylinderkopf mit Kühlwasser versorgt werden.
Es stellt sich daher die Aufgabe, eine Vorrichtung zur Herstellung von Zylinderkurbelgehäusen insbesondere aus einer Leichtmetalllegierung zu schaffen, mit der sichergestellt werden kann, dass auch filigrane Stegkühlungen mit Anschluss zum Zylinderkopf optimal im Gussstück angeordnet sind.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst.
Dadurch, dass der zumindest eine Stegkern in die Gießform eingelegt und zur Gießform ausgerichtet ist, befindet sich der spätere Kühlkanal in exakter Ausrichtung zu den Wänden des Zylinderkurbelgehäuses. Eine Summation von Lagetoleranzen wird ausgeschlossen.
Vorzugsweise ist der zumindest eine Stegkern formschlüssig an einem Formteil der Gießform befestigt. So kann die Befestigung durch einfaches Einstecken vorgenommen werden, wodurch die Taktzeiten im Vergleich zu einer kraftschlüssigen Verbindung verkürzt werden.
In einer vorteilhaften Ausführung ragt der zumindest eine Stegkern aus zumindest einer ein Zylinderdeck bildenden Oberfläche eines das Zylinderkurbelgehäuse bildenden Hohlraums der Gießform hinaus. Entsprechend besteht die Möglichkeit einer Versorgung der Stegkühlung über den Zylinderkopf im fertigen Zylinderkurbelgehäuse, wobei auf Verbindungen zum Wassermantel der Zylinder verzichtet werden kann.
In einer weiterführenden Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ragt der zumindest eine Stegkern an zwei bezüglich des den Zylinder bildenden Formteils gegenüberliegenden Seiten aus der das Zylinderdeck bildenden Oberfläche des das Zylinderkurbelgehäuse bildenden Hohlraums der Gießform hinaus. Hierdurch kann der Stegkern beidseitig an der Gießform befestigt werden. Des Weiteren können am fertigen Zylinderkurbelgehäuse beide Durchgänge zur Kühlwasserversorgung genutzt werden.
Bevorzugt weist der zumindest eine Stegkern zwei sich parallel zur Zylinderachse erstreckende Schenkel auf, die sich in den Steg bildenden Hohlraum zwischen den die Zylinder bildenden Formteile erstrecken. Entsprechend werden dünne Grenzflächen, wie sie bei schräger Anordnung entstünden, vermieden, was die Festigkeit des fertigen Zylinderkurbelgehäuses erhöht.
In einer weiterführenden vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der im Hohlraum der Gießform angeordnete Teil des Stegkerns im Wesentlichen U-förmig ausgebildet, wobei die beiden Schenkel über den das Zylinderkurbelgehäuse bildenden Hohlraum der Gießform ragen. So besteht eine Verbindung zwischen den beiden Schenkeln, die dazu führt, dass die beiden Durchtritte des Stegkerns aus dem Hohlraum als Kühlmittelein- und -auslässe genutzt werden können, was die Strömungsführung vereinfacht und Totwassergebiete zuverlässig verhindert.
Vorzugsweise erstrecken sich von den Schenkeln aus oberhalb des Hohlraums der Gießform zu beiden Seiten Arme in zu den die Zylinder bildenden Formteilen entgegengesetzten Richtungen, welche auf einem Formteil der Gießform aufliegen. Entsprechend können die Arme außerhalb der Bereiche, in denen die Kerne anzuordnen sind, an der Form fixiert werden.
In einer besonderen Ausbildung weist zumindest einer der Arme einen Vorsprung auf, über den der Stegkern formschlüssig in eine entsprechend geformte Ausnehmung der Gießform greift. So wird durch einfaches Einlegen des Stegkerns in die Gießform dessen Lage festgelegt.
Vorzugsweise weist der Stegkern an der Verbindung zwischen den Schenkeln eine Öffnung auf, über die eine obere Verbindung zwischen den Schenkeln von einer unteren Verbindung zwischen den Schenkeln getrennt ist. So wird eine obere und eine untere Stegkühlung mit einem Stegkern hergestellt. Die Festigkeit des Steges bleibt jedoch durch die zwischen den späteren Kanälen angeordnete Verbindung ausreichend erhalten.
Weiterhin ist der zumindest eine Stegkern aus Sand, Kunstsand, Salz, Glas, Graphit oder Keramik hergestellt. Je nach gewünschter filigraner Form und Anwendung eignen sich unterschiedliche Materialien, welche alle mit der entsprechenden Anordnung vereinbar sind.
In einer besonders bevorzugten Ausführung sind mehrere Stegkerne hintereinander angeordnet und durch einen Rahmen miteinander verbunden, wodurch die Stegkerne gemeinsam eingelegt werden können, was die Rüstzeit zum Gießen verkürzt.
In einer hierzu weiterführenden Ausbildung besteht der Rahmen aus zwei Streben, die sich parallel zu den Längsseiten des das Zylinderkurbelgehäuse bildenden Hohlraums verlaufen. Hierdurch entsteht lediglich ein geringer Aufwand bei der Herstellung des Rahmens, der ebenfalls aus verschiedenen Materialien hergestellt werden kann.
Auch besteht die Möglichkeit, den Rahmen und die Stegkerne einstückig auszubilden, so dass jeglicher Zusammenbau entfällt, wodurch die Montagezeiten verkürzt werden.
Auch ist es vorteilhaft, wenn der zumindest eine Stegkern derart angeordnet ist, dass nach dem Gießen mittels einer Bohrung eine Verbindung zwischen dem durch den Stegkern gebildeten Kühlkanal und dem durch den Wassermantelkern gebildeten Kühlkanal herstellbar ist. Bei einer derartigen Anordnung kann sowohl die Stegkühlung als auch die übrige Zylinderkühlung über gemeinsame Einlässe und Auslässe beispielsweise aber den Zylinderkopf mit Kühlwasser versorgt werden, so dass zusätzliche Anschlüsse entfallen können.
Es wird somit eine Vorrichtung zur Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses geschaffen, mit dem eine zuverlässige Positionierung der Stegkühlung zu den Zylindern sichergestellt wird, wobei der Aufwand zur Herstellung der entsprechenden Kanäle reduziert wird, indem der Zusammenbau und die Montage der Kerne optimiert wird.
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
1 zeigt eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses in geschnittener Darstellung.
2 zeigt eine perspektivische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform eines Rahmens mit Stegkernen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses 10 besteht aus einer Gießform 12, die beispielsweise ein Unterteil 14, zwei Seitenteile 15 und ein Oberteil 16 als die Außenkonturen des Zylinderkurbelgehäuses 10 bildende Formteile sowie mehrere Zylinder 18 des Zylinderkurbelgehäuses 10 bildende Formteile 20 aufweist.
In dieser Gießform 12 befinden sich ein oder mehrere Wassermantelkerne 22, welche eine Reihe, die aus mehreren die Zylinder 18 bildenden Formteilen 20 besteht, mit geringem Abstand an ihren gegenüberliegenden Längsseiten 24 sowie am Kopf- und Fußbereich umgeben. Diese Wassermantelkerne 22 werden nach dem Gießen des Zylinderkurbelgehäuses 10 aus dem Gussteil entfernt, so dass der entstehende Hohlraum einen Kühlkanal der Zylinder 18 bildet.
Diese Wassermantelkerne 22 sind jedoch aufgrund der extrem kleinen Abmessungen der Stege 26 nicht geeignet, auch einen Hohlraum in Stegen 26 zwischen den Zylindern 18 zu bilden, der dringend erforderlich ist, um eine ausreichende Kühlung zur Verhinderung thermischer Überlastung in diesen Bereichen sicherzustellen.
Erfindungsgemäß werden daher zur Bildung von Kühlwasserkanälen im Stegbereich Stegkerne 28 vorgeschlagen, welche in der Gießform 12 angeordnet und an der Gießform 12 beziehungsweise an einem der Formteile 14, 16 der Gießform 12 ausgerichtet werden.
Ein derartiger Stegkern 28 kann aus mineralischen Sanden, aus Kunstsand, Salz, Glas, Keramik oder Graphit hergestellt werden. Der in den Figuren dargestellte Stegkern 28 weist in dem Bereich, welcher im das Zylinderkurbelgehäuse 10 bildenden Hohlraum 30 der Gießform 12 angeordnet ist, eine U-Form mit zwei parallel zur Zylinderachse verlaufenden Schenkeln 32, 34 und einer Verbindung 36 zwischen diesen Schenkeln 32, 34 auf. Die Schenkel 32, 34 ragen dabei aus der Fläche, welche nach dem Gießen ein Zylinderdeck 38, also die Oberfläche des Zylinderkurbelgehäuses 10 bildet, aus dem Hohlraum 30 heraus. Entsprechend weist das fertig gegossene Zylinderkurbelgehäuse 10 an diesen Positionen Öffnungen auf, die es ermöglichen, eine Verbindung zum Kühlwasserkanal eines nicht dargestellten Zylinderkopfes herzustellen.
Des Weiteren ist in 2 dargestellt, dass der Stegkern 28 an der Verbindung 36 zwischen den Schenkeln 32, 34 eine Öffnung 35 aufweisen kann. Diese Öffnung wird beim Gießen mit Material gefüllt, so dass sich eine obere Verbindung 37 zwischen den Schenkeln 32, 34 und eine untere Verbindung 39 zwischen den Schenkeln 32, 34 erstreckt. Entsprechend können unterschiedliche Bereiche des Steges 26 gekühlt werden, ohne dass die Festigkeit der Stege 26 zu sehr herabgesetzt wird.
Entlang der das Zylinderdeck 38 bildenden Oberfläche des Hohlraums 30 erstrecken sich von den Schenkeln 32, 34 in entgegengesetzter Richtung zueinander Arme 40, 42 des Stegkerns 28, welche auf der Gießform 12 und im vorliegenden Ausführungsbeispiel auf den Seitenteilen 15 der Gießform 12 aufliegen. Beide Arme 40, 42 weisen in ihren Endbereichen 48, 50 einen Abschnitt auf, der sich im Wesentlichen schräg von der Oberfläche des Zylinderdecks 38 und somit von den Seitenteilen 15 entfernt. Das Oberteil 16 weist eine Ausnehmung 44 auf, in welche ein Vorsprung 46 greift, der am Endbereich 48 des Arms 40 des Stegkerns 28 ausgebildet ist. Die umgebende Gießform 12 weist einen hierzu korrespondierend geformten Abschnitt 52 auf. Insgesamt ergibt sich eine im Wesentlichen formschlüssige Lage des Stegkerns 28 in der Gießform 12, welche durch das Schließen der Gießform 12 durch Absenken des Oberteils 16 beziehungsweise eines nicht dargestellten aufliegenden Deckelformteils, in dem auch das Formteil zur Bildung der Zylinder ausgebildet ist, abschließend fixiert wird. Ein Verschieben innerhalb der Gießform 12 ist ausgeschlossen, so dass die Lage zu den Zylindern im Steg 26 mit sehr geringen Toleranzen festliegt, so dass filigrane Kühlkanäle im Stegbereich hergestellt werden können.
Zur weiteren Vereinfachung können die Stegkerne 28, wie in 2 dargestellt ist, über einen Rahmen 54 miteinander verbunden werden. Dieser Rahmen 54 weist zwei parallel zu den Längsseiten 24 des Zylinderkurbelgehäuses 10 verlaufende Streben 56, 58 auf, die mit den Armen 40, 42 mehrerer in Längsrichtung hintereinander angeordneter Stegkerne 28 verbunden oder einstückig mit diesen hergestellt sind und gemeinsam mit den Stegkernen 28 in die Gießform 12 formschlüssig eingelegt werden. Auf diese Weise können mehrere Stegkerne 28 gemeinsam eingelegt werden, wodurch die Rüstzeit der Gießform 12 verkürzt wird.
Nach dem Gießen werden die Stegkerne je nach gewähltem Material in bekannter Weise aus dem Zylinderkurbelgehäuse entfernt. Anschließend können die Kühlwasserkanäle der Zylinder 18 durch einfache Bohrungen mit den Stegkühlwasserkanälen verbunden werden. Es können jedoch auch zwei getrennte Kühlwasserkreisläufe benutzt werden.
Die Ausbildung der beschriebenen Stegkerne und deren Anordnung in der Gießform ermöglicht eine filigrane Ausbildung von Stegkühlungen auch bei Zylinderkurbelgehäusen mit sehr dicht beieinander angeordneten Zylindern.
Es sollte deutlich sein, dass der Schutzbereich nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel begrenzt ist. Insbesondere die genaue Ausbildung der Stegkerne sowie deren Befestigung in der Gießform sind veränderbar. Die Vorrichtung eignet sich für unterschiedliche Zylinderkurbelgehäuse und verschiedene Gießverfahren und Gießformen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005037384 A1 [0003]
DE 19832718 A1 [0004]
DE 102009033402 A1 [0005]
DE 3828093 A1 [0005, 0005]
EP 0197365 A2 [0006]

Claims

Vorrichtung zur Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses (10) mit einer Gießform (12) mit mehreren Formteilen (14, 15, 16), zumindest einem Wassermantelkern (22), welcher an beiden Längsseiten (24) eines oder mehrerer eine Zylinderreihe bildender Formteile (20) angeordnet ist und zumindest einem Stegkern (28), welcher zwischen den die einzelnen Zylinder (18) einer Zylinderreihe bildenden Formteilen (20) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Stegkern (28) in die Gießform (12) eingelegt und zur Gießform (12) ausgerichtet ist.
Vorrichtung zur Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Stegkern (28) formschlüssig an einem Formteil (14, 16) der Gießform (12) befestigt ist.
Vorrichtung zur Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Stegkern (28) aus zumindest einer ein Zylinderdeck (38) bildenden Oberfläche eines das Zylinderkurbelgehäuse (10) bildenden Hohlraums (30) der Gießform (12) hinausragt.
Vorrichtung zur Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Stegkern (28) an zwei bezüglich des den Zylinder (18) bildenden Formteils (20) gegenüberliegenden Seiten aus der das Zylinderdeck (38) bildenden Oberfläche des das Zylinderkurbelgehäuse (10) bildenden Hohlraums (30) der Gießform (12) hinausragt.
Vorrichtung zur Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Stegkern (28) zwei sich im Wesentlichen parallel zu einer Zylinderachse erstreckende Schenkel (32, 34) aufweist, die sich in den Steg (26) bildenden Hohlraum (30) zwischen den die Zylinder (18) bildenden Formteile (20) erstrecken.
Vorrichtung zur Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der im Hohlraum (30) der Gießform (12) angeordnete Teil des Stegkerns (28) im Wesentlichen U-förmig ausgebildet ist, wobei die beiden Schenkel (32, 34) über den das Zylinderkurbelgehäuse (10) bildenden Hohlraum (30) der Gießform (12) ragen.
Vorrichtung zur Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich von den Schenkeln (32, 34) aus oberhalb des Hohlraums (30) der Gießform (12) zu beiden Seiten Arme (40, 42) in zu den die Zylinder (18) bildenden Formteilen (20) entgegengesetzten Richtungen erstrecken, welche auf einem Formteil (14, 16) der Gießform (12) aufliegen.
Vorrichtung zur Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Arme (40, 42) einen Vorsprung (46) aufweist, über den der Stegkern (28) formschlüssig in eine entsprechend geformte Ausnehmung (44) der Gießform (12) greift.
Vorrichtung zur Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Stegkern (28) an der Verbindung (36) zwischen den Schenkeln (32, 34) eine Öffnung (35) aufweist, über die eine obere Verbindung (37) zwischen den Schenkeln (32, 34) von einer unteren Verbindung (39) zwischen den Schenkeln (32, 34) getrennt ist.
Vorrichtung zur Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Stegkern (28) aus Sand, Kunstsand, Salz, Glas, Graphit oder Keramik hergestellt ist.
Vorrichtung zur Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Stegkerne (28) hintereinander angeordnet und durch einen Rahmen (54) miteinander verbunden sind.
Vorrichtung zur Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (54) aus zwei Streben (56, 58) besteht, die sich parallel zu den Längsseiten (24) des das Zylinderkurbelgehäuse (10) bildenden Hohlraums (30) verlaufen.
Vorrichtung zur Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (54) und die Stegkerne (28) einstückig ausgebildet sind.
Vorrichtung zur Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Stegkern (28) derart angeordnet ist, dass nach dem Gießen mittels einer Bohrung eine Verbindung zwischen dem durch den Stegkern (28) gebildeten Kühlkanal und dem durch den Wassermantelkern (22) gebildeten Kühlkanal herstellbar ist.