DE102015012554A1

DE102015012554A1 - Cast body of a cylinder crankcase and method of manufacturing using a casting mold with a filigree one-piece insert core

Info

Publication number: DE102015012554A1
Application number: DE102015012554.0A
Authority: DE
Inventors: Auf Teilnichtnennung Antrag; Christian Rebmann
Original assignee: NEUE HALBERG-GUSS GmbH
Current assignee: NEUE HALBERG-GUSS GmbH
Priority date: 2015-09-25
Filing date: 2015-09-25
Publication date: 2017-03-30

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gusskörper mit wenigstens einer Reihe von in einer Zylinderkopfgrenzfläche mündenden Zylinderausnehmung und jeweils einem Zylinderzwischensteg zwischen zwei Zylinderausnehmungen der Reihe, wobei der wenigstens eine Zylinderzwischensteg einen Stegkühlkanal mit einer entlang der Reihe der Zylinderausnehmungen gemessenen minimalen Breite von weniger als 3,5 mm aufweist. Die Erfindung betrifft auch eine Gießform für die Herstellung eines solchen Gusskörpers sowie ein Verfahren zum Herstellen des Gusskörpers. Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen einfach und zuverlässig herstellbaren Gusskörper mit gegossenen dünnen Zylinderzwischenstegen und schmalen Stegkühlkanälen sowie eine entsprechende Gießform und ein geeignetes Herstellungsverfahren vorzuschlagen. Die Aufgabe der Erfindung wird durch einen Gusskörper der oben definierten Gattung gelöst, der sich dadurch auszeichnet, dass der Stegkühlkanal ein unter Verwendung eines zumindest in einem Volumenbereich des zu gießenden Gusskörpers einstückig ausgebildeten Einsatzkernes gegossener Bestandteil des Gusskörpers ist, wobei der Stegkühlkanal mit zwei im Weiteren ausschließlich durch die Zylinderkopfgrenzfläche verlaufenden und unter Verwendung des Einsatzkernes hergestellten Anschlusskanälen verbunden ist und wobei der Stegkühlkanal und die Anschlusskanäle für eine ausschließliche Anbindung an den Zylinderkopfkühlkreislauf dimensioniert sind.The present invention relates to a cast body with at least one row of cylinder openings opening into a cylinder head interface and one cylinder intermediate web between two cylinder recesses of the series, the at least one cylinder intermediate web having a web cooling channel with a minimum width of less than 3.5 mm measured along the row of cylinder recesses having. The invention also relates to a casting mold for the production of such a cast body and to a method for producing the cast body. It is the object of the present invention to propose a cast body which is simple and reliable to produce, with cast thin cylinder intermediate webs and narrow web cooling channels, as well as a corresponding casting mold and a suitable production method. The object of the invention is achieved by a cast body of the type defined above, which is characterized in that the web cooling channel is a molded using a at least in a volume region of the casting to be cast cast-in-core insert molded component of the cast body, wherein the web cooling channel with two hereinafter is exclusively connected by the cylinder head interface extending and produced using the insert core connection channels and wherein the web cooling channel and the connection channels for an exclusive connection to the cylinder head cooling circuit are dimensioned.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gusskörper eines Zylinderkurbelgehäuses, insbesondere einen Motorblockgusskörper, mit wenigstens einer Reihe von in einer Zylinderkopfgrenzfläche mündenden Zylinderausnehmung und jeweils einem Zylinderzwischensteg zwischen zwei Zylinderausnehmungen der Reihe, wobei der wenigstens eine Zylinderzwischensteg einen Stegkühlkanal mit einer entlang der Reihe der Zylinderausnehmungen gemessenen minimalen Breite von weniger als 3,5 mm aufweist. Die Erfindung betrifft auch eine Gießform für die Herstellung eines solchen Gusskörpers sowie ein Verfahren zum Herstellen des Gusskörpers.The present invention relates to a cast body of a cylinder crankcase, in particular an engine block cast body, having at least one row of cylinder opening in a cylinder head interface and each cylinder between two cylinder recesses of the series, wherein the at least one cylinder intermediate web a web cooling channel with a measured along the row of Zylinderausnehmungen minimum width less than 3.5 mm. The invention also relates to a casting mold for the production of such a cast body and to a method for producing the cast body.

Der Trend im Motorenbau geht in Richtung leichter, kleiner und leistungsstarker Motoren. Dabei werden die Zwischenwände zwischen Zylindern tendenziell dünner. Eine Kühlung der Zwischenwände ist für einen zuverlässigen Betrieb der Motoren erforderlich. Die Motorblöcke von Motoren werden teilweise durch Gießen in Sandgießechnik hergestellt. Die Druckschrift US 4693294A beschreibt einen solchen Stand der Technik. In dem darin vorgestellten und in verwandten Herstellungsverfahren aus dem Stand der Technik werden Kühlkanäle in Zylinderzwischenwänden teilweise gegossen und teilweise durch nachträgliche Bearbeitungen, beispielsweise Bohren hergestellt. Beim Bohren von Löchern parallel zu der Zylinderkopfgrenzfläche des Motorblocks muss das Eintrittsloch des Bohrers in den Kühlkanal nachträglich aufwendig verschlossen werden. Bei schrägen Bohrungen von der Zylinderkopfgrenzfläche aus bestehen geometrische Einschränkungen, die nur schräge aber keine zu der Zylindergrenzfläche parallelen Bohrlöcher zulassen. Mechanische Bearbeitungen, wie z. B. das Bohren von Kühlkanälen in dünnen Stegen, sind insbesondere bei zunehmender Miniaturisierung der Motoren und entsprechend hohen Anforderungen an die Präzision der Bearbeitungen aufwendig, teuer und teilweise unmöglich.The trend in engine construction is towards lighter, smaller and more powerful engines. The partitions between cylinders tend to be thinner. Cooling the partition walls is required for reliable operation of the engines. The engine blocks of engines are partly made by casting in sand casting technology. The publication US 4693294A describes such a state of the art. In the prior art method of manufacture presented therein and in related art, cooling passages in cylinder partitions are partially cast and made in part by subsequent processing such as drilling. When drilling holes parallel to the cylinder head interface of the engine block, the entry hole of the drill into the cooling channel must be subsequently closed consuming. For oblique holes from the cylinder head interface, there are geometric limitations that allow only oblique but not parallel to the cylinder interface boreholes. Mechanical processing, such. As the drilling of cooling channels in thin webs, are particularly expensive with increasing miniaturization of the motors and correspondingly high demands on the precision of the machining, expensive and sometimes impossible.

Sandeinsatzkerne einer Sandgießform oder andere im Volumen des Gusskörpers einstückige Einsatzkerne können geometrisch vorteilhaft geformt sein, diese können aber nur begrenzt verkleinert werden. In der Druckschrift WO 2005/102560 A2 ist angegeben, dass die Grenze der Miniaturisierung bei einer Kühlkanalbreite von 3,5 mm erreicht ist. Zur Realisierung von Kühlkanälen mit noch geringen Breiten sind im Stand der Technik verschiedene Lösungen bekannt. In der WO 2005 102560 A2 ist vorgeschlagen, als Kern für den Kühlkanal einen beschichteten rechteckigen Metallstreifen zu verwenden, der nach dem Gießen von einem Wickelwerkzeug aus dem Gusskörper herausgezogen wird. Die DE 299 24 794 U1 schlägt hingegen Kanalformkerne aus Glas für die Herstellung dünner Kühlkanäle vor. Diese Herstellungsverfahren sind aufwendig und erfordern spezielle Werkzeuge. Außerdem weisen die Geometrien der damit hergestellten Kühlkanäle Mängel auf. Beispielsweise entstehen an den Aufnahmen eines Glasformkernes bzw. an dem Übergang von dem Glas zu der Glashalterung unvorteilhafte scharfkantige Grate innerhalb des Kühlkanals.Sand seed cores of a sand mold or other in the volume of the cast body integral core inserts may be geometrically advantageous shaped, but these can only be reduced in size. In the publication WO 2005/102560 A2 indicates that the limit of miniaturization is reached with a cooling channel width of 3.5 mm. For the realization of cooling channels with even small widths, various solutions are known in the prior art. In the WO 2005 102560 A2 It is proposed to use as a core for the cooling channel a coated rectangular metal strip, which is pulled out after casting by a winding tool from the cast body. The DE 299 24 794 U1 on the other hand, proposes duct-shaped glass cores for the production of thin cooling ducts. These manufacturing processes are complicated and require special tools. In addition, the geometries of the cooling channels produced therewith have defects. For example, unfavorable sharp-edged ridges within the cooling channel occur at the receptacles of a glass mold core or at the transition from the glass to the glass holder.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen einfach und zuverlässig herstellbaren Gusskörper eines Zylinderkurbelgehäuses mit gegossenen dünnen Zylinderzwischenstegen und schmalen Stegkühlkanälen sowie eine entsprechende Gießform und ein geeignetes Herstellungsverfahren vorzuschlagen.It is therefore an object of the present invention to provide a simple and reliable manufacturable cast body of a cylinder crankcase with cast thin cylinder intermediate webs and narrow web cooling channels and a corresponding mold and a suitable manufacturing process.

Die Aufgabe der Erfindung wird in einem Aspekt durch einen Gusskörper der eingangs definierten Gattung gelöst, der sich dadurch auszeichnet, dass der Stegkühlkanal ein unter Verwendung eines Einsatzkernes gegossener Bestandteil des Gusskörpers ist, wobei der Stegkühlkanal mit zwei im Weiteren durch die Zylinderkopfgrenzfläche verlaufenden und unter Verwendung des Einsatzkernes hergestellten Anschlusskanälen unter Ausbildung eines Hohlraumes verbunden ist, wobei der Einsatzkern im Bereich des Hohlraumes des Gusskörpers einstückig ausgebildet ist und wobei der Stegkühlkanal und die Anschlusskanäle für eine Anbindung an den Zylinderkopfkühlkreislauf und/oder einen Blockkreislauf dimensioniert sind.The object of the invention is achieved in one aspect by a cast body of the type defined above, which is characterized in that the web cooling channel is cast using an insert core part of the cast body, wherein the web cooling channel with two further extending through the cylinder head interface and using The insert core is connected to form a cavity, wherein the insert core is integrally formed in the region of the cavity of the cast body and wherein the web cooling channel and the connection channels for a connection to the cylinder head cooling circuit and / or a block cycle are dimensioned.

Der erfindungsgemäße Gusskörper kommt ohne einen gebohrten Stegkühlkanal in dem Zylinderzwischensteg aus. Stattdessen wird eine Kühlung des Zylinderzwischensteges durch einen per Gießen hergestellten Stegkühlkanal erreicht. An dem einstückigen Einsatzkern wird beim Gießen eine strömungstechnisch günstige Form des Stegkühlkanals abgeformt, die sich durch runde Übergänge und fehlende störenden Kanten in dem gegossenen Hohlraum auszeichnet. Die im Stand der Technik angenommenen unteren Grenzen für die Strukturgrößen des Sandeinsatzkernes bei 3,5 mm konnten in dem erfindungsgemäßen Gusskörper auch dadurch unterschritten werden, dass der gegossene Hohlraum so konzipiert ist, dass er separat von dem benachbarten Kühlkanal des Gusskörpers, beispielsweise einem Wassermantel, geprüft werden kann.The cast body according to the invention does not require a bored web cooling channel in the cylinder intermediate web. Instead, a cooling of the cylinder intermediate web is achieved by a web-cooling channel produced by casting. When casting a fluidically favorable shape of the web cooling channel is formed on the one-piece insert core, which is characterized by round transitions and missing disturbing edges in the cast cavity. The lower limits for the structure sizes of the sand core insert at 3.5 mm assumed in the prior art could also be undershot in the cast body according to the invention in that the cast cavity is designed to be separate from the adjacent cooling channel of the cast body, for example a water jacket, can be tested.

Der gegossene Hohlraum ist nicht in jeder Ausführungsform der Erfindung identisch in den Kühlkreislauf eingebunden, es kann auch wenigstens eine Verbindung zu einem Blockkreislauf nachträglich hergestellt oder sogar eine ausschließliche Anbindung über einen Blockkreislauf vorgesehen sein. Ausführungsbeispiele, bei denen der Hohlraum in direkter Anbindung an den Zylinderkopfkühlkreislauf genutzt wird, können besonders effizient und kostengünstig hergestellt werden, da der Hohlraum mit wenigen Arbeitsschritten gefertigt werden kann.The cast cavity is not integrated into the cooling circuit identical in every embodiment of the invention, it can also be subsequently produced at least one connection to a block cycle or even provided an exclusive connection via a block cycle. Embodiments in which the cavity is used in direct connection to the cylinder head cooling circuit can be particularly efficient and cost-effective be prepared because the cavity can be manufactured in a few steps.

Der Gusskörper eines Zylinderkurbelgehäuses kommt in einer Verbrennungskraftmaschine oder einer anderen Kolben-Kraftmaschine, z. B. einer Druckluftmaschine, zum Einsatz; er besteht aus einem metallischen Gussmaterial, insbesondere einem Eisengussmaterial oder einem Aluminiumgussmaterial.The casting of a cylinder crankcase comes in an internal combustion engine or other piston engine, for. B. a compressed air machine, for use; it consists of a metallic casting material, in particular a cast iron material or an aluminum casting material.

Dem mit kleiner werdenden Strukturgrößen von Einsatzkernen sich erhöhenden Risiko von Fehlern beim Gießen, beispielsweise in Folge von Rissen in dem Kern, kann in dem erfindungsgemäßen Gusskörper durch eine Prüfung des Stegkühlkanals und durch eine im Bedarfsfall durchgeführte Nacharbeitung Rechnung getragen werden, so dass trotz der kleinen Strukturgrößen des Einsatzkernes und des damit gegossenen Stegkühlkanals eine hohe Qualität des Gusskörpers gewährleistet ist.The risk of defects in casting, which increases with decreasing structural sizes of insert cores, for example as a result of cracks in the core, can be taken into account in the cast body according to the invention by testing the web cooling channel and by reworking if necessary, so that despite the small size Structure sizes of the insert core and the thus cast web cooling channel high quality of the cast body is guaranteed.

Der Stegkühlkanal weist eine strömungstechnisch günstige Form auf. Dadurch werden im Bereich der kleinen Strukturgröße bzw. der geringen Breite des Stegkühlkanals hohe Strömungsgeschwindigkeiten und eine relativ große Kühlwirkung erreicht. Folglich werden auch Kosten vermieden, die sonst mit Bohrungen zur Ausbildung von Kühlkanälen mit einer gleich großen Kühlwirkung verbundenen wären.The web cooling channel has a fluidically favorable shape. As a result, high flow velocities and a relatively large cooling effect are achieved in the region of the small structure size or the narrow width of the web cooling channel. Consequently, costs are avoided that would otherwise be associated with holes for the formation of cooling channels with an equal cooling effect.

Der beim Gießen des Gusskörpers (1) verwendete Einsatzkern (7, 7') kann ein Granulateinsatzkern, insbesondere ein Sandeinsatzkern, sein, wobei das Granulat mittels eines organischen oder anorganischen Bindemittels oder chemisch gebunden ist. Sandeinsatzkerne können mit verfügbaren Verfahren, insbesondere Kernschießen oder durch einen sukzessiven schichtweisen Aufbau ähnlich einem 3D-Druck, hergestellt werden. Andere geeignete Granulateinsatzkerne sind beispielsweise gepresste Grafitkerne. Die geringen Toleranzen, die zur Herstellung dünner Kanäle in dünnen Stegkühlkanälen erforderlich sind, werden durch entsprechend große und präzise Lager in der Sohle des Kernkastens befördert.The casting of the casting ( 1 ) used core ( 7 . 7 ' ) may be a granule core, in particular a sand core, wherein the granules by means of an organic or inorganic binder or is chemically bonded. Sandcast cores can be made using available methods, in particular core shooting, or by a successive layered construction similar to 3D printing. Other suitable granular insert cores are, for example, pressed graphite cores. The small tolerances required to make thin channels in thin land cooling channels are carried by correspondingly large and precise bearings in the bottom of the core box.

Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gusskörpers weist der Stegkühlkanal eine minimale Breite von 2,5 mm oder weniger, insbesondere eine Breite zwischen 2,5 mm und 1,2 mm auf. Diese geringe Breite widerspiegelt einerseits neue technische Möglichkeit beim Gießen und andererseits die konstruktiven Erfordernisse des herzustellenden Motors. Je nach Motorleistung und entsprechend anfallender Wärme können jedoch auch breitere Stegkühlkanäle erforderlich und entsprechend ausgebildet sein. In einem Ausführungsbeispiel haben die Stegkühlkanäle eines Eisenguss-Motorblocks minimale Breiten von 1,6 mm, es sind jedoch auch noch geringere Breiten bis 1,2 mm technisch möglich.According to one embodiment of the cast body according to the invention, the web cooling channel has a minimum width of 2.5 mm or less, in particular a width between 2.5 mm and 1.2 mm. This small width reflects on the one hand new technical possibility in casting and on the other hand, the design requirements of the engine to be produced. Depending on the engine power and corresponding heat accumulation but also wider web cooling channels may be required and designed accordingly. In one embodiment, the web cooling channels of a cast iron engine block have minimum widths of 1.6 mm, but even smaller widths up to 1.2 mm are technically possible.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gusskörpers ist der Stegkühlkanal in einer Schnittebene parallel zu Zylinderachsen des Gusskörpers sich beidseitig trichterförmig öffnend ausgebildet. In dieser Ausgestaltung ist die Trichterform in einer Ebene bzw. Schnittebene parallel zu den Zylinderachsen realisiert, bei vertikal orientierten Zylinderachsen also in vertikaler Richtung. Es kann aber auch die Breite des Stegkühlkanals des erfindungsgemäßen Gusskörpers ausgehend von der Mitte des Stegkühlkanals sich beidseitig trichterförmig öffnend ausgebildet sein. Bei vertikal orientierten Zylinderachsen ist die Trichterform dabei in einem horizontalen Schnitt sichtbar. Die Trichterform umschreibt eine allmähliche Einengung bzw. Öffnung des Stegkühlkanals bis zu dessen engster Stelle bzw. von dessen engster Stelle aus. Durch die Trichterform wird die Strömungsgeschwindigkeit zur engsten Stelle hin allmählich erhöht bzw. danach reduziert, so dass im Ergebnis eine hohe Strömungsgeschwindigkeit verbunden mit einer großen Kühlleistung an der engsten Stelle erreicht wird. Die Trichterform ist allerdings nicht die einzige strömungstechnisch günstige Form. Eine Mittellinie des Stegkühlkanals des erfindungsgemäßen Gusskörpers kann beispielsweise auch bezogen auf die Zylinderkopfgrenzfläche konvex gewölbt sein, sodass der Stegkühlkanal als konvexer Bogen ausgebildet ist. Mit einem Bogen kann die Flussrichtung einer Strömung strömungstechnisch günstig geändert werden.In an advantageous embodiment of the cast body according to the invention, the web cooling channel in a sectional plane parallel to cylinder axes of the cast body is funnel-shaped opening on both sides. In this embodiment, the funnel shape is realized in a plane or sectional plane parallel to the cylinder axes, ie vertically oriented cylinder axes in the vertical direction. However, it is also possible for the width of the web cooling channel of the cast body according to the invention, starting from the middle of the web cooling channel, to be funnel-shaped opening on both sides. For vertically oriented cylinder axes, the funnel shape is visible in a horizontal section. The funnel shape circumscribes a gradual narrowing or opening of the web cooling channel up to its narrowest point or from its narrowest point. Due to the funnel shape, the flow velocity is gradually increased towards the narrowest point and then reduced, so that, as a result, a high flow velocity is achieved, combined with a large cooling capacity at the narrowest point. However, the funnel shape is not the only fluidically favorable form. A center line of the web cooling channel of the cast body according to the invention may, for example, also be convexly curved relative to the cylinder head boundary surface, so that the web cooling channel is formed as a convex arc. With a bow, the flow direction of a flow can be changed favorable flow.

Die Mittellinie kann bei vertikalen Zylinderachsen horizontal ausgerichtet sein. Bei der Gestaltung des Einsatzkernes bestehen große Freiheiten. Eine Mittellinie des Stegkühlkanals eines erfindungsgemäßen Gusskörpers kann in einer zu der Zylinderkopfgrenzfläche orthogonalen Schnittebene durch den Zylinderzwischensteg in einem Winkel schräg zu der Zylinderkopfgrenzfläche ausgebildet sein. Bei vertikal ausgerichteten Zylinderachsen kann die Mittellinie also auch von einer horizontalen Lage abweichend ansteigend oder abfallend ausgerichtet sein. Somit bestehen größere konstruktive Möglichkeiten als bei der Verwendung herkömmlicher Kerne, die aus mehreren Komponenten zusammengesetzt sind und die im Bereich der kleinsten Strukturgrößen z. B. aus Glasröhrchen oder Metallstreifen bestehen. Ein erfindungsgemäßer Gusskörper kann auch so konzipiert sein, dass in dem Zylinderzwischensteg zu dem Stegkühlkanal beabstandet wenigstens ein weiterer Stegkühlkanal angeordnet ist, wobei der Stegkühlkanal und der weitere Stegkühlkanal miteinander verbunden sein können.The centerline may be horizontally aligned with vertical cylinder axes. When designing the insert core, there are great freedoms. A center line of the web cooling channel of a cast body according to the invention can be formed in an orthogonal to the cylinder head interface cutting plane through the cylinder intermediate web at an angle oblique to the cylinder head interface. In the case of vertically oriented cylinder axes, the center line can therefore also be aligned in a rising or falling manner from a horizontal position. Thus, there are greater design possibilities than when using conventional cores, which are composed of several components and in the range of the smallest feature sizes z. B. glass tubes or metal strips. A cast body according to the invention can also be designed such that at least one further web cooling channel is arranged at a distance from the web cooling passage in the cylinder intermediate web, wherein the web cooling channel and the further web cooling channel can be connected to one another.

Die Aufgabe der Erfindung wird in einem zweiten Aspekt durch eine Gießform für die Herstellung des erfindungsgemäßen Gusskörpers gelöst. Die erfindungsgemäße Gießform weist einen Einsatzkern zur Ausbildung des Stegkühlkanals und der Anschlusskanäle beim Gießen des Gusskörpers auf, wobei der Einsatzkern so konzipiert und angeordnet ist, dass der abgeformte Stegkühlkanal ausschließlich über die Anschlusskanäle von der Zylinderkopfgrenzfläche aus anschließbar und prüfbar ist, und wobei der Einsatzkern zumindest in einem Volumenbereich des zu gießenden Gusskörpers einstückig ausgebildet ist. Zur Realisierung des schmalen Kühlkanals mit einer Breite von weniger als 3,5 mm weist der Einsatzkern einen filigranen Balken mit einer minimalen Dicke unter 3,5 mm auf. Die geometrische Form des Einsatzkernes wird beim Gießen auf den hergestellten Hohlraum übertragen. Die Betrachtungen zu dem Hohlraum gelten mit den entsprechenden Abwandlungen folglich auch für den Einsatzkern und die vorteilhaften Eigenschaften des Gusskörpers sind entsprechend auch bereits in der Gießform und in dem Einsatzkern der Gießform angelegt.The object of the invention is achieved in a second aspect by a casting mold for the production of the cast body according to the invention. The casting mold according to the invention has an insert core for forming the web cooling channel and the connection channels during casting of the cast body, wherein the insert core is designed and arranged such that the molded web cooling channel can be connected and tested exclusively via the connection channels from the cylinder head interface, and wherein the insert core at least is integrally formed in a volume region of the casting to be cast. To realize the narrow cooling channel with a width of less than 3.5 mm, the insert core has a filigree beam with a minimum thickness of less than 3.5 mm. The geometric shape of the insert core is transferred to the manufactured cavity during casting. The considerations on the cavity apply with the corresponding modifications consequently also for the insert core and the advantageous properties of the cast body are accordingly also already applied in the casting mold and in the insert core of the casting mold.

Der Einsatzkern der erfindungsgemäßen Gießform kann ein durch Kernschießen hergestellter Sandeinsatzkern sein, wobei der Sandeinsatzkern frei von porösen Bereichen ausgebildet ist, indem Schießdüsen und Entlüftungsdüsen ausgehend vom Kernkasten in einer Kernschießmaschine derart aufgebaut sind, dass aufeinandertreffende Luftfronten beim Kernschießen vermieden sind. Durch Kernschießen hergestellte Kerne können in der erforderlichen Qualität mit für eine Volumenproduktion akzeptablen Kosten hergestellt werden. Zu den Qualitätsmerkmalen gehören nicht nur die Maßhaltigkeit des Kernes sondern auch, dass der Kern eine hohe Dichte und keine porösen Bereiche aufweist. Poröse Bereiche könnten beim Abguss Gussfehler durch Vererzungen nach sich ziehen, die zu einem hohen Reinigungsaufwand und letztlich zu hohen Kosten führen würden. Die filigranen Sandeinsatzkerne können durch eine neue Kernschießtechnologie erzeugt werden, wobei die Schießdüsen und Entlüftungsdüsen von den optimalen Positionen im Kernkasten ausgehend in der Kernschießmaschine angeordnet sind. Zur Herstellung dichter Einsatzkerne durch Kernschießen können als Sande Standardsande, beispielsweise Quarz, sowie Spezialsande mit runden Oberflächen der Sandkörner, beispielsweise Cerabeads, verwendet werden. Die Einsatzkerne können auch unter Verwendung eines Grafit-Bentonit-Gemisches hergestellt sein. Es können auch gepresste Grafit-Einsatzkerne zum Einsatz kommen. Weiter können die Einsatzkerne lagenweise aus vielen Sandlagen aufgebaut sein, wobei auf jede Lage der Binder mit einem 3D-Drucker aufgebracht wird bzw. geschmolzen wird. Solche Einsatzkerne können insbesondere für Prototypen und Kleinserien interessant sein. In einem dritten Aspekt wird die Aufgabe der Erfindung durch ein Verfahren zum Herstellen des erfindungsgemäßen Gusskörpers mit Verwendung einer erfindungsgemäßen Gießform gelöst. In einem Teilschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Gusskörper unter Verwendung des zumindest in einem Volumenbereich des zu gießenden Gusskörpers einstückig ausgebildeten Einssatzkernes gegossen. Dabei wird die äußere Oberflächenform des Einsatzkernes auf eine innere Oberflächenform des gegossenen Hohlraums übertragen, wobei ein Stegkühlkanal mit geringer Breite entsteht.The insert core of the mold according to the invention may be a core made by core shooting sand core, wherein the sand core is formed free of porous areas by shooting nozzles and vent nozzles are constructed starting from the core box in a core shooting machine such that colliding air fronts are avoided in core shooting. Kernel-shot cores can be manufactured to the required quality with costs acceptable for volume production. The quality features include not only the dimensional stability of the core but also that the core has a high density and no porous areas. Porous areas could cause casting defects due to mineralization during casting, which would lead to a high cleaning effort and ultimately to high costs. The filigree sand seed cores can be created by a new core shooting technology, wherein the shooting nozzles and vents are arranged starting from the optimal positions in the core box in the core shooting machine. For the production of dense cores by core shooting can be used as sands standard sands, such as quartz, and special sands with round surfaces of the grains of sand, such as Cerabeads. The insert cores may also be made using a graphite-bentonite mixture. It is also possible to use pressed graphite insert cores. Furthermore, the core inserts layer by layer of many layers of sand can be constructed, which is applied to each layer of the binder with a 3D printer or is melted. Such cores may be of particular interest for prototypes and small batches. In a third aspect, the object of the invention is achieved by a method for producing the cast body according to the invention using a casting mold according to the invention. In a partial step of the method according to the invention, the cast body is cast by using the insert core, which is formed in one piece at least in a volume region of the cast body to be cast. In this case, the outer surface shape of the insert core is transferred to an inner surface shape of the molded cavity, wherein a web cooling channel is formed with a small width.

Das erfindungsgemäße Verfahren weist keinen Teilschritt auf, in welchem eine Bohrung für die Kühlung des Zylinderzwischensteges durchgeführt wird, denn zur Kühlung des Zylinderzwischensteges genügt der gegossene Stegkühlkanal, der trotz seiner geringen Breite für eine ausreichende Kühlung dimensioniert und geformt ist. Im Vergleich zu Verfahren aus dem Stand der Technik zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren durch eine Vereinfachung aus, da der Schritt des Bohrens entfällt.The inventive method has no sub-step, in which a bore for the cooling of the cylinder intermediate web is performed, for the cooling of the cylinder intermediate web is sufficient, the cast web cooling channel, which is sized and shaped despite sufficient width for adequate cooling. Compared to prior art methods, the inventive method is characterized by a simplification, since the step of drilling is eliminated.

In einem nach dem Gießen durchgeführten Teilschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der Stegkühlkanal über dessen Anschlusskanäle an ein Prüfmittel angeschossen und auf Durchfluss und Dichtigkeit geprüft werden. Dadurch können Mängel an dem gegossenen Gusskörper im Bereich des Stegkühlkanales erkannt werden. Dadurch kann eine Absicherung einer hohen Qualität ausgelieferter Gusskörper trotz der kleinen Abmessungen des filigranen Einsatzkernes erfolgen. Daneben bestehen für die Qualitätssicherung weitere dem Fachmann bekannte Möglichkeiten, beispielsweise bildgebende Verfahren.In a sub-step of the method according to the invention, which is carried out after the casting, the web cooling channel can be shot at via its connection channels to a test device and tested for flow and tightness. As a result, defects in the cast cast body in the region of the web cooling channel can be detected. As a result, it is possible to ensure a high quality delivered cast body despite the small dimensions of the filigree insert core. In addition, there are further possibilities known to the person skilled in the art for quality assurance, for example imaging methods.

Der Einsatzkern wird in einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer Aufbauplatte montiert, wobei sich die spätere Zylinderkopfgrenzfläche an der Aufbauplatte befindet. Die Aufbauplatte und eine spezielle Lagertechnik in der Sohle der Gießform mit dreidimensionalen Führungen für den Einsatzkern sichern die erforderliche Genauigkeit der Positionierung des Einsatzkernes in der Gießform. Außerdem kann durch die Verwendung der Aufbauplatte die Nachbearbeitung der Zylinderkopfgrenzfläche vereinfacht werden. Es können aber auch andere Montagevarianten vorgesehen sein, bei denen der Einsatzkern entweder von der Bauteilseite oder von der Sohlenrückseite her montiert wird. Die Montagereihenfolge der einzelnen Kerne in der Gießform ist variabel.The insert core is mounted in a variant of the method according to the invention in a mounting plate, wherein the later cylinder head interface is located on the mounting plate. The mounting plate and a special bearing technology in the base of the mold with three-dimensional guides for the insert core ensure the required accuracy of positioning of the insert core in the mold. In addition, the post-processing of the cylinder head interface can be simplified by the use of the mounting plate. However, other mounting variants may be provided in which the insert core is mounted either from the component side or from the back of the sole. The order of assembly of the individual cores in the mold is variable.

Verschiedene angegebene Merkmale der Erfindung sind in verschiedenen Ausbildungen der Erfindung unterschiedlich miteinander kombiniert. Die obige Beschreibung ist keine abschließende Angabe beanspruchter Merkmalskombinationen. In nicht beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung sind nicht explizit beschriebene Merkmalkombinationen realisiert.Various stated features of the invention are combined differently in different embodiments of the invention. The above description is not an exhaustive statement of claimed feature combinations. In non-described embodiments of the invention not explicitly described feature combinations are realized.

Die vorliegende Erfindung soll im Folgenden anhand von Figuren näher erläutert werden, wobei The present invention will be explained in more detail below with reference to figures, wherein

1 eine Draufsicht auf die Zylinderkopfgrenzfläche eines erfindungsgemäßen Gusskörpers, 1 a top view of the cylinder head interface of a cast body according to the invention,

2 einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Gusskörpers orthogonal zu der Zylinderkopfgrenzfläche, 2 a cross section of a cast body according to the invention orthogonal to the cylinder head interface,

3 einen Sandeinsatzkern einer erfindungsgemäßen Gießform und 3 a sand core of a casting mold according to the invention and

4 einen Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen Gießform mit einem Sandeinsatzkernes zeigt. 4 shows a section of a mold according to the invention with a sand insert core.

Die Figuren dienen der beispielhaften Veranschaulichung der Erfindung, sie sind nicht als abschließende Angabe von Ausführungsbeispielen zu verstehen. Gleiche oder ähnliche Elemente sind in allen Figuren mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.The figures serve to exemplify the invention, they are not to be understood as a conclusive statement of embodiments. The same or similar elements are identified in all figures with the same reference numerals.

1 zeigt schematisch einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Gusskörpers 1 eines Zylinderkurbelgehäuses, hier konkret einen Motorblockgusskörper, in einer Draufsicht auf die Zylinderkopfgrenzfläche 2. Auf der Zylinderkopfgrenzfläche 2 ist durch eine Zylinderkopfdichtung abgedichtet die Montage eines Zylinderkopfes vorgesehen. In dem dargestellten Ausschnitt sind zwei Zylinderausnehmungen 3 ausschnittsweise dargestellt. Der erfindungsgemäße Gusskörper 1 weist wenigstens eine Reihe von mindestens zwei Zylinderausnehmungen 3 auf. Die Reihe kann auch drei oder mehr Zylinderausnehmungen 3, in denen später jeweils ein Zylinder arbeiten soll, aufweisen. In dem nicht dargestellten Beispiel eines V-Motors, weist der Motor zwei Reihen von Zylinderausnehmungen 3 und Zylindern auf. 1 schematically shows a section of a cast body according to the invention 1 a cylinder crankcase, in this case specifically an engine block cast body, in a plan view of the cylinder head interface 2 , On the cylinder head interface 2 is sealed by a cylinder head gasket assembly of a cylinder head provided. In the illustrated section are two Zylinderausnehmungen 3 shown in detail. The cast body according to the invention 1 has at least one row of at least two cylinder recesses 3 on. The series can also have three or more cylinder recesses 3 , in each of which later a cylinder should work, have. In the example of a V-engine, not shown, the engine has two rows of cylinder recesses 3 and cylinders.

Die beiden dargestellten Zylinderausnehmungen 3 sind durch einen Zylinderzwischensteg 4 voneinander getrennt. Weitere, nicht dargestellte Zylinderausnehmungen 3 in der Reihe sind durch weitere Zylinderzwischenstege 4 voneinander getrennt. Innerhalb des Zylinderzwischensteges 4 ist ein Hohlraum vorhanden, zu dem der dargestellte Stegkühlkanal 5 gehört. Der Stegkühlkanal 5 wird unter Verwendung eines Einsatzkernes 7, der in 3 dargestellt ist, hergestellt. Die Mitte des Stegkühlkanals 5 befindet sich im Wesentlichen auf einer Verbindungslinie der Mittelpunkte der kreisrunden Zylinderausnehmungen 3. Auf dieser Verbindungslinie hat der Stegkühlkanal 5 eine Breite b von weniger als 3,5 mm. Der zum Gießen verwendete Einsatzkern ist entsprechend filigran ausgebildet. Im Stand der Technik sind derartig schmale durch Gießen unter Verwendung entsprechend filigraner einstückiger Einsatzkerne hergestellte Kühlkanäle nicht bekannt.The two cylinder recesses shown 3 are through a cylinder liner 4 separated from each other. Further, not shown cylinder recesses 3 in the series are by further cylinder intermediate webs 4 separated from each other. Within the cylinder intermediate web 4 there is a cavity to which the illustrated web cooling channel 5 belongs. The web cooling channel 5 is done using an insert core 7 who in 3 is shown prepared. The middle of the web cooling channel 5 is located substantially on a connecting line of the centers of the circular cylinder recesses 3 , On this connection line has the web cooling channel 5 a width b of less than 3.5 mm. The core used for casting is designed accordingly filigree. In the prior art, such narrow cooling channels produced by casting using correspondingly filigree one-piece insert cores are not known.

2 zeigt ausschnittsweise und schematisch einen erfindungsgemäßen Gusskörper 1 in einem Querschnitt durch den Zylinderzwischensteg 4, wobei die Querschnittsfläche parallel zu Zylinderachsen der Zylinderausnehmungen 3 gelegt ist. Die Zylinderkopfgrenzfläche 2 befindet sich bei dieser Darstellung an der oberen Kante des Querschnitts. In 2 ist insbesondere zu erkennen, dass der Stegkühlkanal 5 nur mit zwei Anschlusskanälen 6, die beide in der Zylinderkopfgrenzfläche 2 enden, in Verbindung steht. Zwischen dem Stegkühlkanal 5 und Hohlräumen des Wassermantels 13 besteht innerhalb des Gusskörpers keine Verbindung, es wird auch keine Verbindung durch Bohren hergestellt. In dem montierten Motor ist der Stegkühlkanal 5 ausschließlich über die Anschlusskanäle 6 in einen nicht dargestellten Zylinderkopfkühlkreislauf eingebunden. 2 shows a detail and schematically a cast body according to the invention 1 in a cross section through the cylinder intermediate web 4 , wherein the cross-sectional area is parallel to cylinder axes of the cylinder recesses 3 is laid. The cylinder head interface 2 is at this representation at the upper edge of the cross section. In 2 it can be seen in particular that the web cooling channel 5 only with two connection channels 6 , both in the cylinder head interface 2 ends, communicates. Between the web cooling channel 5 and cavities of the water jacket 13 there is no connection within the cast body, no connection is made by drilling. In the assembled engine is the web cooling channel 5 exclusively via the connection channels 6 involved in a cylinder head cooling cycle, not shown.

In 3 ist ein Einsatzkern 7 einer erfindungsgemäßen Gießform 10 in einer perspektivischen Ansicht gezeigt. In diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Einsatzkern 7 um einen Sandeinsatzkern. Der Einsatzkern 7 besteht aus einem in seiner Mitte filigranen Längselement 8 und aus zwei Holmen 9. An dem filigranen Längselement 8 wird beim Gießen des Gusskörpers 1 der Stegkühlkanal 5 abgeformt. Die Holme 9 sind die Formelemente für die Anschlusskanäle 6. Insgesamt ist der Einsatzkern 7 das Formelement für den Hohlraum, der den Stegkühlkanal 5 in dem Zylinderzwischensteg 4 einschließt.In 3 is a core 7 a casting mold according to the invention 10 shown in a perspective view. In this embodiment, the insert core is 7 around a sand core. The insert core 7 consists of a filigree longitudinal element in its middle 8th and two spars 9 , On the filigree longitudinal element 8th is when casting the cast body 1 the web cooling channel 5 shaped. The spars 9 are the form elements for the connection channels 6 , Overall, the core is 7 the mold element for the cavity, the web cooling channel 5 in the cylinder intermediate bridge 4 includes.

4 zeigt eine erfindungsgemäße Gießform 10 ausschnittsweise in einem Bereich, in dem der Einsatzkern 7' angeordnet ist. Im Unterschied zu dem der Einsatzkern 7 in 3 mit einem zu der Zylinderkopfgrenzfläche 2 parallelen Längselement 8 ist der Einsatzkern 7' in 4 gegenüber der Zylinderkopfgrenzfläche 2 konvex gewölbt. Generell weisen die Sandeinsatzkerne 7, 7' abgerundete Konturen auf, so dass beim Umgießen der Einsatzkerne 7, 7' Hohlräume mit strömungstechnisch günstigen, abgerundeten Innenoberflächen entstehen. Die abgerundeten Konturen sind außerdem für die Haltbarkeit des Gusskörpers 1 vorteilhaft, da scharfkantige Grate und daran gekoppelte Spannungsspitzen vermieden werden. Der Einsatzkern 7' in 4 ist in einer der Übersichtlichkeit halber nicht mit dargestellten Aufbauplatte montiert. Weitere Elemente der Gießform 10, beispielsweise der Kern 12 zur Ausbildung eines Wassermantels 13, sind zu dem Einsatzkern 7' beabstandet. 4 shows a mold according to the invention 10 fragmentary in an area where the insert core 7 ' is arranged. Unlike the core 7 in 3 with one to the cylinder head interface 2 parallel longitudinal element 8th is the core 7 ' in 4 opposite the cylinder head interface 2 convex arched. In general, the sand seed cores 7 . 7 ' Rounded out contours, so that when casting around the insert cores 7 . 7 ' Cavities with aerodynamically favorable, rounded inner surfaces arise. The rounded contours are also responsible for the durability of the cast body 1 advantageous since sharp-edged burrs and voltage peaks coupled thereto are avoided. The insert core 7 ' in 4 is in one of the sake of clarity not mounted with illustrated mounting plate. Other elements of the mold 10 For example, the core 12 for the formation of a water jacket 13 , are to the core 7 ' spaced.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 4693294 A [0002]
WO 2005/102560 A2 [0003]
WO 2005102560 A2 [0003]
DE 29924794 U1 [0003]

Claims

Cast body ( 1 ) of a cylinder crankcase, in particular an engine block cast body, with at least one row of cylinders in a cylinder head interface ( 2 ) opening cylinder recesses ( 3 ) and in each case a cylinder intermediate web ( 4 ) between two cylinder recesses ( 3 ) of the row, wherein the at least one cylinder intermediate web ( 4 ) a web cooling channel ( 5 ) with one along the row of cylinder recesses ( 3 ) measured minimum width (b) of less than 3.5 mm, characterized in that the web cooling channel ( 5 ) using an insert core ( 7 . 7 ' ) cast component of the cast body ( 1 ), wherein the web cooling channel ( 5 ) with two subsequently exclusively by the cylinder head interface ( 2 ) and using the insert core ( 7 . 7 ' ) ( 6 ) is connected to form a cavity, wherein the insert core in the region of the cavity of the cast body is integrally formed, and wherein the web cooling channel ( 5 ) and the connection channels ( 6 ) are dimensioned for connection to the cylinder head cooling circuit and / or a block circuit.

Cast body ( 1 ) according to claim 1, characterized in that that for casting the cast body ( 1 ) used core ( 7 . 7 ' ) is a granule core, in particular a sand core, wherein the granules by means of an organic or inorganic binder or is chemically bonded.

Cast body ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the web cooling channel ( 5 ) and the connection channels ( 6 ) are dimensioned for an exclusive connection to the cylinder head cooling circuit.

Cast body ( 1 ) According to claim 1, characterized in that the web cooling channel ( 5 ) has a minimum width (b) of 2.5 mm or less, in particular a width (b) between 2.5 mm and 1.2 mm.

Cast body ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the web cooling channel ( 5 ) in a sectional plane parallel to cylinder axes of the cast body ( 1 ) is formed funnel-shaped opening on both sides.

Cast body ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the width (b) of the web cooling channel ( 5 ) starting from the middle of the web cooling channel ( 5 ) is formed funnel-shaped opening on both sides.

Cast body ( 1 ) according to claim 1, characterized in that a center line of the web cooling channel ( 5 ) relative to the cylinder head interface ( 2 ) is convexly curved.

Cast body ( 1 ) according to claim 1, characterized in that a center line of the web cooling channel ( 5 ) in a direction to the cylinder head interface ( 2 ) orthogonal section plane through the cylinder intermediate web at an angle oblique to the cylinder head interface ( 2 ) is trained.

Cast body ( 1 ) according to claim 1, characterized in that in the cylinder intermediate web to the web cooling channel ( 5 ) spaced at least one further web cooling channel is arranged, wherein the web cooling channel ( 5 ) and the further web cooling channel are interconnected.

Casting mold ( 10 ) for the production of a cast body ( 1 ) According to claim 1, characterized in that the mold ( 10 ) an insert core ( 7 . 7 ' ) for the formation of the web cooling channel ( 5 ) and the connection channels ( 6 ) during casting of the cast body ( 1 ), wherein the insert core ( 7 . 7 ' ) is designed and arranged such that the molded web cooling channel ( 5 ) only via the connection channels ( 6 ) from the cylinder head interface ( 2 ) is connectable and testable, wherein the insert core ( 7 . 7 ' ) at least in a volume region of the cast body to be cast ( 1 ) is integrally formed.

Casting mold ( 10 ) according to claim 10, characterized in that the core is a core core made by core sanding core, wherein the sand core is formed free of porous areas by shooting nozzles and vent nozzles are starting from the core box in a core shooting machine constructed such that colliding air fronts are avoided in core shooting.

Method for producing a cast body ( 1 ) according to claim 1 using a casting mold ( 10 ) according to claim 10, characterized in that in a partial step of the method of the cast body ( 1 ) using the one-piece insert core ( 7 . 7 ' ) is poured.

A method according to claim 12, characterized in that (in a part step of the method, the web cooling channel 5 ) via its connection channels ( 6 ) is shot at a test equipment and tested for flow and tightness.

Method according to claim 12, characterized in that the insert core ( 7 . 7 ' ) is mounted prior to casting in a mounting plate, wherein the later cylinder head interface ( 2 ) is located on the mounting plate.