-
Die Erfindung betrifft ein Wassermantelgusswerkzeug zur Formgebung eines Wassermantels bei der Herstellung eines Kurbelgehäuses für eine Verbrennungskraftmaschine durch Gießen, umfassend ein Formgebungselement zur Formgebung des Wassermantels.
-
Die Fertigung von Kurbelgehäusen mit integriertem Wassermantel erfolgt in der Regel durch Gießen, also mit anderen Worten durch Gießverfahren, bei welchen eine Schmelze eines Gusswerkstoffs in eine Form gefüllt wird, in welcher die Schmelze erstarrt und anschließend als Festkörper entformt werden kann. Das Gießen von Kurbelgehäusen kann beispielsweise durch ein sogenanntes Schwerkraftgießverfahren oder durch ein Druckgießverfahren erfolgen, um nur einige Beispiele zu nennen, wobei zur Formgebung des in das Kurbelgehäuse integrierten Wassermantels in der Regel Gusswerkzeuge verwendet werden.
-
Aus der
DE 36 40 393 A1 ist ein Verfahren zur Bildung von Kanälen in Gusskörpern für das Durchleiten von Medien zur Temperaturbeeinflussung bekannt. Die Kanäle werden dabei während des Gießvorgangs gebildet.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Wassermantelgusswerkzeug sowie ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, durch welche einer Rissbildung eines Wassermantels beim Gießen eines Kurbelgehäuses besonders aufwandsarm entgegengewirkt werden kann.
-
Diese Aufgabe wird durch ein Wassermantelgusswerkzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
-
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Wassermantelgusswerkzeug zur Formgebung eines Wassermantels bei der Herstellung eines Kurbelgehäuses für eine Verbrennungskraftmaschine durch Gießen, umfassend ein Formgebungselement zur Formgebung des Wassermantels. Das Gießen kann auch als Gussverfahren bezeichnet werden. Das Wassermantelgusswerkzeug kann auch als Wassermantelkern bezeichnet werden.
-
Um einer Rissbildung des Wassermantels beim Gießen des Kurbelgehäuses besonders aufwandsarm entgegenzuwirken, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Wassermantelgusswerkzeug wenigstens einen wärmeleitend mit dem Formgebungselement gekoppelten und mit Kühlmittel durchströmbaren Kühlkanal zur Kühlung des Wassermantels während der Herstellung des Kurbelgehäuses umfasst und das Formgebungselement dazu ausgebildet ist, den wenigstens einen Kühlkanal während der Herstellung des Kurbelgehäuses in einem Abstand zum Kurbelgehäuse zu halten. Dies ist von Vorteil, da mittels des Kühlkanals während des Gießens des Kurbelgehäuses eine zumindest bereichsweise Kühlung von beim Gießen verwendeter Schmelze erfolgen kann, wodurch mittels des Kühlkanals bzw. des darin geführten Kühlmittels eine beschleunigte, bereichsweise Erstarrung der Schmelze beim Gießen des Kurbelgehäuses erzielt werden kann. Durch die beschleunigte Erstarrung der Schmelze können verbesserte Werkstoffeigenschaften, insbesondere verbesserte Werkstoffkennwerte, bei der Formgebung des Wassermantels während der Herstellung des Kurbelgehäuses erreicht werden. Weiterhin weist der Wassermantel während der Formfüllung bzw. am Ende der Erstarrung eine verringerte Temperatur auf, was während des Sprühens zu einem verringerten Thermoschock führt. Dadurch entstehen verringerte Spannungen in der Wassermantelwerkzeugkontur. Dies kann zu einer geringeren Risswahrscheinlichkeit führen.
-
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Formgebung eines Wassermantels bei der Herstellung eines Kurbelgehäuses für eine Verbrennungskraftmaschine durch Gießen, bei welchem zur Formgebung des Wassermantels beim Gießen ein Wassermantelgusswerkzeug gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung verwendet wird und bei welchem der wenigstens eine Kühlkanal während der Herstellung des Wassermantels mit einem Kühlmittel durchströmt wird. Durch das Durchströmen des Kühlkanals mit dem Kühlmittel während der Formgebung des Wassermantels bei der Herstellung des Kurbelgehäuses durch Gießen kann in besonders vorteilhafter Weise eine verringerte Rissbildungsneigung des Wassermantels erzielt werden.
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung(en). Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
-
Dabei zeigen:
- 1 eine schematische Schnittdarstellung eines Teilbereichs eines Wassermantelgusswerkzeugs zur Formgebung eines Wassermantels bei der Herstellung eines Kurbelgehäuses für eine Verbrennungskraftmaschine; und
- 2 eine schematische Seitenansicht des Wassermantelgusswerkzeugs.
-
1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Teilbereichs eines Wassermantelgusswerkzeugs 10 zur Formgebung eines hier nicht weiter gezeigten Wassermantels bei der Herstellung eines ebenfalls nicht gezeigten Kurbelgehäuses für eine Verbrennungskraftmaschine durch Gießen. 2 zeigt hingegen das Wassermantelgusswerkzeug 10 in einer schematischen Seitenansicht. Anhand des Wassermantelgusswerkzeugs 10 kann der Wassermantel bei der Herstellung des Kurbelgehäuses in das Kurbelgehäuse integriert werden.
-
Das Wassermantelgusswerkzeug 10 umfasst ein Formgebungselement 20 zur Formgebung des Wassermantels bei dessen Herstellung durch Gießen. Zudem umfasst das Wassermantelgusswerkzeug 10 einen wärmeleitend mit dem Formgebungselement 20 gekoppelten und mit Kühlmittel durchströmbaren Kühlkanal 32 zur Kühlung des Wassermantels während der Herstellung des Kurbelgehäuses. Das Formgebungselement 20 ist dazu ausgebildet, den Kühlkanal 32 während der Herstellung des Kurbelgehäuses in einem vorbestimmten Abstand zum Kurbelgehäuse zu halten.
-
Das Wassermantelgusswerkzeug 10 umfasst vorliegend ein Rohrelement 30, durch welches sich der Kühlkanal 32 erstreckt. Dadurch kann der Kühlkanal 32 mit einer besonders geringen Oberflächenrauigkeit bereitgestellt werden, wodurch eine verbesserte, insbesondere widerstandsarme, Strömung des Kühlmittels durch den Kühlkanal 32 erfolgen kann. Der Kühlkanal 32 ist vorliegend also in das Rohrelement 30 integriert, wodurch die Gefahr eines unerwünschten Austritts des Kühlmittels durch Rissbildung im Bereich des Kühlkanals 32 besonders weitgehend unterbunden werden kann. Der Kühlkanal 32 ist durch eine Rohrwandung 31 des Rohrelements 30 kontaktwärmeleitend mit dem Formgebungselement 20 gekoppelt, wie besonders deutlich in 1 erkennbar ist. Das Rohrelement 30 kann prinzipiell durch 3D-Druck auf dem Formgebungselement 20 aufgebaut und dabei stoffschlüssig mit dem Formgebungselement 20 verbunden sein. Der 3D-Druck gestattet eine einfache Herstellung des Rohrelements 30 selbst wenn dieses eine komplexe Geometrie aufweist.
-
Der sich durch das Rohrelement 30 erstreckende Kühlkanal 32 ist vorliegend durch eine Wandung 26 des Formgebungselements 20 in dem Abstand zu einer Außenfläche 28 des Formgebungselements 20 gehalten. Die Formgebung des Wassermantels bei der Herstellung des Kurbelgehäuses durch Gießen erfolgt durch diese Außenfläche 28, welche bei der Herstellung des Kurbelgehäuses mit einer beim Gießen verwendeten Schmelze in Kontakt kommt. Die Außenfläche 28 dient also als die Kontur des Kühlmantels definierendes, also mit anderen Worten die Kontur des Kühlmantels vorgebendes Negativ.
-
Der Kühlkanal 32 kann zusammen mit dem Rohrelement 30 vorzugsweise mittels eines Fixierungselements 40 des Wassermantelgusswerkzeugs 10 in einer vorbestimmten Ausgangslage 34 gehalten sein, wie in 1 erkennbar ist. Dies ermöglicht eine besonders vorteilhafte, gleichmäßige Wärmeleitung und eine demzufolge gleichmäßige, bereichsweise Kühlung der Schmelze bereits während des Gießens.
-
Der Kühlkanal 32 erstreckt sich in dessen Ausgangslage 34 bereichsweise entlang einer in einem Endbereich 22 des Formgebungselements 20 angeordneten Mulde 24 des Formgebungselements 20. Dadurch kann eine besonders wirksame Kühlung der Schmelze in der Nähe des Endbereichs 22 erzielt werden, wobei durch die Anordnung des Kühlkanals 32 und des Rohrelements 30 in der Mulde 24 auf besonders einfache Weise eine unerwünschte, zu einer undefinierten Wärmeleitung führende Relativbewegung zwischen dem Formgebungselement 20 und dem Kühlkanal 32 vermieden werden kann.
-
Das Rohrelement 30 kann alternativ zu dessen Herstellung durch 3D-Druck auch separat von dem Formgebungselement 20 bereitgestellt, anschließend in die Mulde 24 eingelegt werden und anhand des Fixierungselements 40 in die Mulde 24 gedrückt gehalten werden, wodurch eine besonders aufwandsarme und damit kostengünstige Herstellung des Wassermantelgusswerkzeugs 10 aus dem Formgebungselement 20, dem Rohrelement 30 und dem Fixierungselement 40 erfolgen kann.
-
Das Formgebungselement 20 und das Fixierungselement 40 sind vorliegend wenigstens bereichsweise halbschalenförmig ausgebildet. Das Fixierungselement 40 ist dabei ebenso wie das Rohrelement 30 mit dem Kühlkanal 32 zumindest bereichsweise in eine Kavität das Formgebungselements 20 eingeführt, wie in 1 erkennbar ist, sodass das Rohrelement 30 mit dem Kühlkanal 32 zwischen dem Fixierungselement 40 und dem Formgebungselement 20 eingeklemmt und auf besonders günstige Weise lagegesichert ist. Durch das Einklemmen des Rohrelements 30 zwischen dem Fixierungselement 40 und dem Formgebungselement 20 können Luftspalte zwischen dem Formgebungselement 20 und dem Rohrelement 30 sowie zwischen dem Fixierungselement 40 und dem Rohrelement 30 besonders klein gehalten werden, wodurch eine verbesserte Kontaktwärmeübertragung zwischen dem Kühlkanal 32, der Rohrwandung 31 und dem Formgebungselement 20 bzw. dem Fixierungselement 40 erzielt werden kann. Vorzugsweise können das Formgebungselement 20 und das Fixierungselement 40 das Rohrelement 30 zusammen umfangsseitig vollständig umschließen, wie in 1 erkennbar ist. Durch das vollständige Umschließen des Rohrelements 30 kann einem etwaigen Platzen des Rohrelements 30 infolge eines zu großen Drucks des Kühlmittels im Kühlkanal 32 besonders einfach und wirksam entgegengewirkt werden, da das Rohrelement 30 einerseits durch das Formgebungselement 20 und andererseits durch das Fixierungselement 40 umfangsseitig abgestützt werden kann.
-
Wird das Wassermantelgusswerkzeug 10 bei einem Verfahren zur Formgebung des Wassermantels bei der Herstellung des Kurbelgehäuses für die Verbrennungskraftmaschine durch Gießen zur Formgebung des Wassermantels beim Gießen verwendet, so wird der Kühlkanal 32 während der Herstellung des Wassermantels mit dem Kühlmittel, insbesondere Kühlwasser, durchströmt, wodurch der Kühlmantel gekühlt und dadurch eine verringerte Rissanfälligkeit des Kühlmantels sowie des Kurbelgehäuses erzielt werden kann.
-
Das vorliegende Wassermantelgusswerkzeug 10 sowie das Verfahren ermöglichen eine einfachere Einhaltung geforderter Taktzeiten beim Prozess des Urformens durch Gießen bei der Herstellung von Kurbelgehäusen und darin integrierten Kühlmänteln. Anhand des Wassermantelgusswerkzeugs 10 kann eine bedarfsgerechte, lokale Abkühlung der Schmelze während und zusätzlich oder alternativ nach dem Gießen erfolgen. Durch Integration des Kühlkanals 32 in das Rohrelement 30 kann eine etwaige Gefahr einer Rissbildung beim Durchströmen des Wassermantelgusswerkzeugs 10 mit dem durch den Kühlkanal 32 geführten Kühlmittel erheblich verringert werden, sodass eine etwaige Gefahr einer Explosion (durch Verdampfen des Kühlmittels) infolge eines Eintretens des Kühlmittels in die durch das Formgebungselement 20 gegebene Kavität, in welcher das Rohrelement 30 mit dem Kühlkanal 32 angeordnet ist, zumindest weitgehend unterbunden werden kann.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Wassermantelgusswerkzeug
- 20
- Formgebungselement
- 22
- Endbereich
- 24
- Mulde
- 26
- Wandung
- 28
- Außenfläche
- 30
- Rohrelement
- 31
- Rohrwandung
- 32
- Kühlkanal
- 34
- Ausgangslage
- 40
- Fixierungselement
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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.
-
Zitierte Patentliteratur
-
