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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Zylinderkopfes, wobei vor einem Einfüllen einer Metallschmelze in eine Gießform eine Mehrzahl von Wassermantelkernen in der Gießform angeordnet werden, wobei mindestens ein Wasserübertritt zwischen zwei der Wassermantelkerne ausgebildet wird, um zusammenhängende Kühlkanäle des fertiggestellten Bauteils zu bilden, sowie eine Gießformanordnung zum Gießen eines Bauteils einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Zylinderkopfes, wobei in einer Gießform eine Mehrzahl von Wassermantelkernen angeordnet ist und wobei mindestens ein Wasserübertritt zwischen zwei der Wassermantelkerne ausgebildet ist, um zusammenhängende Kühlkanäle des fertiggestellten Bauteils zu bilden, sowie ein Bauteil einer Brennkraftmaschine, insbesondere einen Zylinderkopf.
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Bei der Herstellung von Bauteilen einer Brennkraftmaschine durch Gießen ist die Verwendung von Kernen zur Formung von Hohlräumen bekannt, beispielsweise um einen Wassermantel für einen wassergekühlten Zylinderkopf oder für ein Zylinderkurbelgehäuse zu formen. Der in der Regel als Sandkern ausgeführte Kern sollte dabei in der Gießform auch während des Gießvorgangs weitestgehend in Position bleiben. Insbesondere bei Druckgießverfahren bereitet das Anordnen von Kernen in der Gießform Probleme, es besteht die Gefahr, dass es beim Einfüllen der Schmelze zu Kernverlagerungen kommt. Hierbei ist der Begriff Druckgießverfahren im weitesten Sinne zu verstehen. Hierunter soll das konventionelle Druckgießverfahren, bei dem die Schmelze unter Drücken von mehr als 500 bar in die Form geschossen wird, aber auch das Pressgießverfahren (Squeeze Casting) verstanden werden, bei dem die Schmelze im Wesentlichen drucklos in die Form gefüllt und dann unter hohem Druck von mehreren 100 bar zur Erstarrung gebracht wird, sowie auch das sogenannte Niederdruckverfahren.
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Aus der
EP 0 197 365 A2 ist ein Verfahren zur gießtechnischen Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses bekannt, bei dem Kühlmäntel zu beiden Seiten der Zylinderbohrungen vorgesehen sind, wobei diese Kühlmäntel durch zusätzliche Kühlkanäle zwischen den Zylinderzwischenwänden verbunden sind. Diese Kühlkanäle werden durch separate Kerne in der Gießform geformt bzw. abgebildet, wobei die beiden Enden der Kerne in den Kühlmantelkern eingepasst sind.
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Bei einem Bauteil einer Brennkraftmaschine, insbesondere einem Zylinderkopf, mit mehrteiligem Wassermantel werden die verschiedenen Teile des Wassermantels durch mehrere Sandkerne gebildet. Dementsprechend sind definierte Wasserübertritte zwischen den einzelnen Wassermantelteilen erforderlich. Wenn eine Bearbeitung der Wasserübertritte nach dem Gießen nicht möglich ist, müssen diese Übertritte gegossen werden. Durch Toleranzen und den oben beschriebenen Kernversatz entstehen zwischen den einzelnen Sandkernen dabei Gussgrate, die die Querschnitte der Wasserübertritte teilweise oder ganz verschließen.
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Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Zylinderkopfes, bzw. Gießformanordnung zum Gießen eines Bauteils einer Brennkraftmaschine so zu gestalten, dass eine Entstehung von Graten beim Gießen vermieden oder soweit verringert wird, dass diese den Wasserübertritt nicht beeinträchtigen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der nebengeordneten Ansprüche. In den jeweiligen Unteransprüchen sind bevorzugte Ausführungsformen und vorteilhafte Weiterbildungen angegeben.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines Bauteils einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Zylinderkopfes, sieht vor, dass vor einem Einfüllen einer Metallschmelze in eine Gießform eine Mehrzahl von Wassermantelkernen in der Gießform angeordnet werden, wobei mindestens ein Wasserübertritt zwischen zwei der Wassermantelkerne ausgebildet wird, um zusammenhängende Kühlkanäle des fertiggestellten Bauteils zu bilden. Es ist somit mindestens ein Wasserübertritt vorgesehen, welcher durch zwei Wassermantelkerne gebildet wird. Im Sinne der Erfindung können weitere Wasserübertritte durch dieselben zwei Wassermantelkerne und/oder andere Wassermantelkerne gebildet werden. Der Begriff Wassermantelkern beschreibt einen Gießkern, in der Regel aus Sand, gemischt mit einem an sich bekannten Bindemittel. Die Wassermantelkerne werden zur Herstellung eines Wassermantels des Bauteils verwendet, wobei auch Gießkerne zur Bildung von Teilen des Wassermantels, einschließlich Wasserkanälen, mit umfasst sein sollen. Die Wassermantelkerne werden vor dem Gießen in die Gießform eingebracht und nach dem Gießen aus dem gegossenen Bauteil entfernt. Der so entstehende Hohlraum bildet später den Wassermantel des Bauteils. Als Wasserübertritt im Sinne der Erfindung wird ein Bereich des Wassermantels bezeichnet, der durch zwei separate Wassermantelkerne gebildet wird, im gegossenen Bauteil aber zusammenhängend ist und einen Übertritt von Wasser erlaubt.
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Erfindungsgemäß wird vor dem Einfüllen der Metallschmelze ein Ring um den Wasserübertritt angeordnet. Dadurch wird vorteilhaft erreicht, dass die Spaltlänge zwischen den Sandkernen verlängert, bzw. dreidimensional geformt wird, was dazu führt, dass Grate bereits erstarren, bevor sie einen Bereich erreichen, der den Querschnitt des Übertritts definiert. Die Schmelze erstarrt nämlich, sofern sie zwischen dem Wassermantelkern und dem Ring eindringt, vorteilhaft bereits in dem radialen Spaltraum zwischen einem äußeren Umfang des Wassermantelkerns und einem inneren Umfang des Rings, ohne den eigentlichen Spalt zwischen den Kopfseiten der zwei Wassermantelkerne zu erreichen. Das Metall des Rings beschleunigt vorteilhaft zusätzlich das Erstarren der Gussgrate.
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Bevorzugt wird der den Wasserübertritt umfangende Ring also während des anschließenden Gießens von der Metallschmelze umschlossen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Werkstoff für den Ring ausgewählt, der mit der Metallschmelze verschmilzt. Insbesondere wird als Werkstoff für den Ring das Metall der Metallschmelze ausgewählt. Unter dem genannten Begriff Metall ist im Sinne der Erfindung auch eine Metalllegierung zu verstehen. Dem Fachmann sind entsprechende Metalllegierungen für das Gießen von Bauteilen von Brennkraftmaschinen bekannt.
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Die eingangs formulierte Aufgabe wird auch durch eine erfindungsgemäße Gießformanordnung zum Gießen eines Bauteils, insbesondere eines Zylinderkopfes, einer Brennkraftmaschine gelöst. In einer Gießform ist eine Mehrzahl von Wassermantelkernen angeordnet, wobei mindestens ein Wasserübertritt zwischen zwei der Wassermantelkerne ausgebildet ist, um zusammenhängende Kühlkanäle des fertiggestellten Bauteils zu bilden. Weiterhin erfindungsgemäß ist um den Wasserübertritt ein Ring angeordnet. Bevorzugt besteht der Ring aus einem Werkstoff, der mit einer in die Gießform einzufüllenden Metallschmelze verschmilzt, insbesondere aus einem Metall, das der in die Gießform einzufüllenden Metallschmelze entspricht.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Gießformanordnung ist vorgesehen, dass der Ring als Hohlzylinder geformt ist, wobei ein Innendurchmesser des Hohlzylinders einem Durchmesser des Wasserübertritts entspricht.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Bauteil einer Brennkraftmaschine, insbesondere einen Zylinderkopf, hergestellt durch das zuvor beschriebene erfindungsgemäße Verfahren und/oder hergestellt durch Gießen in der zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Gießformanordnung.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher Erläutert. Die Ausführungen betreffen alle Erfindungsgegenstände gleichermaßen, sind lediglich beispielhaft und schränken den allgemeinen Erfindungsgedanken nicht ein.
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In den Figuren zeigt
- 1 eine schematische Teilansicht im Schnitt einer Gießformanordnung nach dem Stand der Technik;
- 2 eine schematische perspektivische und teilweise geschnittene Ansicht zweier Wassermantelkerne gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform der Gießformanordnung;
- 3 einen Wasserübertritt zwischen den zwei Wassermantelkernen gemäß 2 als Detailansicht.
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In der 1 ist in einer schematischen Teilansicht eine Gießformanordnung nach dem Stand der Technik im Schnitt gezeigt. Die Gießformanordnung dient zum Gießen eines Bauteils 1 einer Brennkraftmaschine, beispielsweise eines Zylinderkopfes, in einer Gießform 3, wobei die Gießform 3 hier nur schematisch angedeutet ist. Bei dem Herstellen des Bauteils 1 wird vor einem Einfüllen einer Metallschmelze in die Gießform 3 eine Mehrzahl von Wassermantelkernen 10, 11 in der Gießform 3 angeordnet. Nach dem Einfüllen der Metallschmelze in die Gießform 3 erstarrt die Schmelze und bildet das Bauteil 1, welches die Wassermantelkerne 10, 11 umschließt. Das Bauteil 1 ist hier im Schnitt dargestellt, um die darin eingeschlossenen Wassermantelkerne 10, 11 zu zeigen. Die zwei Wassermantelkerne 10, 11 sind separat geformt, bilden aber einen Wasserübertritt 5 aus, in dem die zwei Wassermantelkerne 10, 11 sich berühren, um im fertigen Bauteil 1 zusammenhängende Kühlkanäle zu bilden, nachdem die Wassermantelkerne 10, 11, bzw. sämtliche Gießkerne entfernt wurden. Diese Bildung des Wasserübertritts 5 entspricht dem Stand der Technik. Das erfindungsgemäße Verfahren, sowie die erfindungsgemäße Gießformanordnung werden mit Bezug auf die 2 und 3 erläutert.
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In der 2 sind in einer perspektivischen und teilweise geschnittenen Ansicht die zwei Wassermantelkerne 10, 11 gemäß 1 schematisch dargestellt, hier allerdings gemäß einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gießformanordnung.
In dem Schnitt durch die Wassermantelkerne 10, 11 ist der Wasserübertritt 5 erkennbar, der zwischen den zwei sich berührenden Wassermantelkernen 10, 11 ausgebildet ist, um später in dem fertiggestellten Bauteil zusammenhängende Kühlkanäle zu bilden, wobei um den Wasserübertritt 5 ein Ring 7 angeordnet ist. Der mit dem Bezugszeichen D bezeichnete Bereich ist in 3 vergrößert dargestellt.
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Die 3 zeigt den Wasserübertritt 5 zwischen den zwei Wassermantelkernen 10, 11 gemäß 2 als Detailansicht D. Erfindungsgemäß wird vor dem Einfüllen der Metallschmelze der Ring 7 um den Wasserübertritt 5 angeordnet. Dadurch wird vorteilhaft erreicht, dass die Spaltlänge zwischen den Sandkernen 10, 11 verlängert, bzw. dreidimensional geformt wird. Grate der Schmelze erstarren dadurch bereits, bevor sie den Bereich des Wasserübertritts 5 erreichen. Schmelze, die zwischen den Wassermantelkernen 10, 11 und dem Ring 7 eindringt, erstarrt in dem radialen Spaltraum zwischen dem äußeren Umfang des jeweiligen Wassermantelkerns 10, 11 und dem inneren Umfang des Rings 7, ohne den Wasserübertritt 5 zwischen den Kopfseiten der zwei Wassermantelkerne 10, 11 zu erreichen. Bevorzugten wird ein Werkstoff für den Ring 7 ausgewählt, der mit der Metallschmelze verschmilzt. Insbesondere wird als Werkstoff für den Ring 7 das Metall der Metallschmelze selbst gewählt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bauteil, Zylinderkopfbauteil
- 3
- Gießform
- 5
- Wasserübertritt
- 7
- Ring
- 10
- Wassermantelkern, Sandkern, Gießkern
- 11
- Wassermantelkern, Sandkern, Gießkern
- D
- Detail
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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