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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf einen Präzisionssandguss
von Motorzylinderblöcken wie
zum Beispiel V-Zylinderblöcken
von Motoren mit eingegossenen Laufbuchsen für Zylinderbohrungen.
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Bei der Herstellung von V-Motorblöcken aus Gusseisen
wird ein sogenannter integraler Zylindermantel-Kurbelgehäuse-Kern
verwendet, der aus mehreren Zylindermänteln besteht, die auf einem Kurbelgehäusebereich
des Kerns integral ausgebildet sind. Die Zylindermäntel bilden
die Zylinderbohrungen im Motorblock aus Gusseisen, ohne Laufbuchsen
für Bohrungen
zu benötigen.
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Beim Prozess eines Präzisionssandgusses eines
V-Zylinderblocks eines Verbrennungsmotors aus Aluminium wird eine
Einweg-Gießformbaugruppe
aus mehreren harzgebundenen Sandkernen (auch als Gießformsegmente
bekannt) zusammengebaut, die die Innen- und Außenflächen des V-Motorblocks definieren.
Jeder der Sandkerne wird gebildet, indem mit Harz beschichteter
Gießereisand
in einen Kernkasten geblasen und darin gehärtet wird.
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Traditionellerweise beinhaltet bei
der früheren
Herstellung eines V-Motorblocks
aus Aluminium mit eingegossenen Bohrungslaufbuchsen das Verfahren
für den
Zusammenbau von Gießformen
für den
Präzisionssandprozess
ein Anordnen eines Basiskerns auf einer geeigneten Oberflä che und
Aufbauen oder Stapeln separater Kurbelgehäusekerne, Seitenkerne, Zylindermantelkerne
mit Laufbuchsen darauf, Wassermantelkerne, vordere und hintere Endkerne,
eines (oberen) Deckelkerns und anderer Kerne auf dem Basiskern oder
aufeinander. Die anderen Kerne können
einen Ölleitungskern,
Seitenkerne und einen Kehlkern einschließen. Zusätzliche Kerne können ebenfalls
je nach Motorkonstruktion vorhanden sein.
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Während
eines Zusammenbaus oder einer Handhabung können die einzelnen Kerne an
den Verbindungsstellen dazwischen gegeneinander reiben und zum Verlust
einer kleinen Menge Sand führen,
der an den zusammenpassenden Verbindungsflächen abgeschliffen wird. Ein
Abrieb und Verlust von Sand auf diese Weise ist nachteilig und unerwünscht, insofern
als der lose Sand auf den Basiskern fallen oder in kleinen Räumen innerhalb
der Gießformbaugruppe
gefangen werden kann, was das Gußstück verunreinigt.
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Außerdem wird die vollständig zusammengebaute
Gießformbaugruppe
für einen
typischen V-Motorblock mehrere Trennlinien (Verbindungslinien) zwischen
Gießformsegmenten
aufweisen, die auf der Außenfläche der
zusammengebauten Gießformbaugruppe
sichtbar sind. Die äußeren Trennlinien verlaufen
typischerweise in unzähligen
verschiedenen Richtungen auf der Oberfläche der Gießformbaugruppe. Eine Gießform, die
so entworfen ist, dass sie Trennlinien aufweist, die in unzähligen Richtungen
verlaufen, ist insofern nachteilig, als, falls aneinanderstoßende Gießformsegmente
nicht genau zusammenpassen, wie oft beobachtet wird, geschmolzenes
Metall aus dem Hohlraum der Gießform über die
Lücken
an den Trennlinien herausströmen
kann. Der Verlust von geschmolzenem Metall tritt häufiger auf,
wo drei oder mehr Trennlinien zusammenlaufen.
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Der Abtransport thermischer Energie
aus dem Metall in der Gießformbaugruppe
ist ein wichtiger Gesichtspunkt im Gießprozess. Eine schnelle Verfestigung
und Kühlung
des Gußstückes fördert eine
Feinkornstruktur im Metall, was zu wünschenswerten Materialeigenschaften
wie z.B. einer hohen Zugfestigkeit und. Dauerfestigkeit sowie einer
guten maschinellen Bearbeitbarkeit führt. Für diejenigen Motorkonstruktionen
mit Merkmalen einer stark beanspruchten Stirnwand (bulkhead) kann
die Verwendung einer thermischen Kokille notwendig sein. Die thermische
Kokille ist viel mehr thermisch leitend als Gießereisand. Sie leitet leicht
Wärme von
denjenigen Merkmalen des Gußstücks, die
sie berührt.
Die Kokille besteht typischerweise aus einem oder mehreren Stahl-
oder Gusseisenkörpern,
die in der Gießform
in einer Weise zusammengebaut sind, so dass sie einen gewissen Teil
der Stirnwandmerkmale des Gußstückes formen.
Die Kokillen können
in die Basiskernwerkzeugeinrichtung und einen um sie ausgebildeten
Kern angeordnet werden, oder sie können in den Basiskern oder
zwischen die Kurbelgehäusekerne
während
eines Zusammenbaus der Gießform montiert
werden.
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Es ist schwierig, die Kokillen dieser
Bauart aus der Gießformbaugruppe
zu entfernen, nachdem das Gußstück verfestigt
ist, und vor einer Wärmebehandlung,
weil die Steiger durch den Sand der Gießformbaugruppe eingeschlossen
sind und auch zwischen dem Gußstück und einem
Merkmal des Anguß-
oder Steigersystems gefangen sein können. Falls man zulässt, dass
während
einer Wärmebehandlung
die Kokillen mit dem Gußstück zurückbleiben,
können
sie den Prozess der Wärmebehandlung beeinträch tigen.
Die Verwendung von leicht warmen Kokillen zur Zeit einer Befüllung der
Gießform
ist übliche
Gießereipraxis.
Dies tut man, um eine mögliche Kondensation
von Feuchtigkeit oder Kernharzlösungsmitteln
auf den Kokillen zu vermeiden, die zu signifikanten Problemen mit
der Qualität
des Gußstücks führen kann.
Als Folge der inhärenten
Zeitverzögerung
vom Zusammenbau der Gießform
bis zum Befüllen
der Gießform
ist es schwierig, die oben beschriebene Art einer Kokille "zu erwärmen".
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Ein anderes Verfahren, um Teile des
Gußstücks schnell
zu kühlen,
ist mit der Verwendung eines semipermanenten Formprozesses (SPM)
verbunden. Dieses Verfahren nutzt konvektive Kühlung eines Dauergießformwerkzeugs
durch Wasser, Luft oder ein anderes Fluid. Im SPM-Prozess wird die Gießformbaugruppe
in die SPM-Maschine plaziert. Die SPM-Maschine enthält ein aktiv
gekühltes
(wiederverwendbares) Dauerwerkzeug, das dafür entworfen ist, einen gewissen
Teil der Stirnwandmerkmale zu formen. Die Gießform wird mit Metall gefüllt. Nachdem
mehrere Minuten verstrichen sind, werden die Gießformbaugruppe und das Gußstück von dem Dauergießformwerkzeug
getrennt, und der Gußzyklus
wird wiederholt. Solche Maschinen verwenden typischerweise mehrere
Formstationen, um effizienten Gebrauch von der Schmelz- und Gießformbefüllungsanlage
zu machen. Dies führt
zu einer unerwünschten
Komplexität
des Systems und Schwierigkeit beim Erreichen einer Wiederholbarkeit
der Prozesse.
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Bei der früheren Herstellung eines V-Motorblocks
aus Aluminium mit eingegossenen Bohrungslaufbuchsen unter Verwendung
separater Kurbelgehäusekerne
und Zylindermantelkerne mit Laufbuchsen darauf muss der Block in
einer Weise maschinell bearbeitet werden, um unter anderem sicherzustellen,
dass die Zylinderbohrungen (die von den auf den Zylinder mantelmerkmalen
der Zylindermantelkerne angeordneten Bohrungslaufbuchsen gebildet
werden) eine gleichmäßige Wanddicke
der Bohrungslaufbuchsen aufweisen und andere kritische Blockmerkmale
genau maschinell bearbeitet werden. Dies erfordert, dass die Laufbuchsen
in Bezug aufeinander innerhalb des Gußstückes genau angeordnet werden
und der Block in Bezug auf die Anlage zur maschinellen Bearbeitung
optimal positioniert wird.
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Die Position der Bohrungslaufbuchsen
in Bezug aufeinander innerhalb eines Gußstückes wird zum großen Teil
durch die Abmessungsgenauigkeit und Montagezwischenräume der
Gießformkomponenten
(Kerne) bestimmt, die verwendet werden, um die Bohrungslaufbuchsen
während
des Befüllens
der Gießform
zu tragen. Die Verwendung mehrerer Gießformkomponenten, um die Laufbuchsen
zu tragen, führt
zu einer Änderung
in der Lage der Laufbuchsen aufgrund der Akkumulierung oder zu einem "Aufstocken" einer Abmessungsänderung
von Montagezwischenräumen
der mehreren Gießformkomponenten.
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Um den gegossenen V-Block zur maschinellen
Bearbeitung vorzubereiten, wird er in entweder einer sogenannten
OP10- oder "Qualifikations"-Befestigungsvorrichtung (qualification
fixture) gehalten, während
eine Fräsmaschine
auf dem gegossenen V-Block flache glatte Referenzstellen (Fixierflächen für Maschinenreihen)
(machine live locator surfaces) genau präpariert, die später verwendet
werden, um den V-Block in anderen Befestigungsvorrichtungen zur
Bearbeitung an der Anlage zum maschinellen Bearbeiten von Motorblöcken zu
positionieren. Die OP10-Befestigungsvorrichtung ist typischerweise
an der Anlage zur maschinellen Bearbeitung von Motorblöcken vorhanden,
während
sich die "Qualifikations"- Befestigungsvorrichtung typischerweise
bei der Gießerei
befindet, die die Gussblöcke
herstellt. Der Zweck jeder Befestigungsvorrichtung besteht darin, qualifizierte
Fixierflächen
auf dem gegossenen Motorblock zu schaffen. Die Merkmale auf dem
Gußstück, welche
das Gußstück in der
OP10- oder Qualifikations-Befestigungsvorrichtung
anordnen, sind als "Gußstück-Fixiereinrichtungen" bekannt. Die OP-10
oder Qualifikations-Befestigungsvorrichtung für V-Blöcke mit
eingegossenen Bohrungslaufbuchsen nutzt als Gußstück-Fixiereinrichtungen die
gekrümmte
Innenfläche
mindestens einer Laufbuchse der Zylinderbohrung von jeder Zylinderreihe.
Eine Verwendung gekrümmter
Oberflächen
als Gußstück-Fixiereinrichtungen
ist nachteilig, weil ein Bewegen des Gußstücks in einer einzigen Richtung eine
komplizierte Änderung
der räumlichen
Orientierung des Gußstücks bewirkt.
Dies wird weiter verschlimmert, indem mindestens eine Laufbuchsenfläche von
jeder Reihe genutzt wird, da die Reihen unter einem Winkel zueinander
ausgerichtet sind. Praktischerweise ziehen Maschinisten es vor,
Befestigungsvorrichtungen zu entwerfen, die zuerst ein Gußstück auf drei "primären" Gußstück-Fixiereinrichtungen
aufnehmen und tragen, die eine Referenzebene einrichten. Das Gußstück wird
dann gegen zwei "sekundäre" Gußstück-Fixiereinrichtungen
bewegt, die eine Referenzlinie einrichten. Schließlich wird
das Gußstück entlang
dieser Linie bewegt, bis eine einzelne "tertiäre" Gußstück-Fixiereinrichtung
einen Referenzpunkt einrichtet. Die Orientierung des Gußstücks ist
nun vollständig
eingerichtet. Das Gussstück
ist dann an Ort und Stelle festgeklemmt, während eine maschinelle Bearbeitung
durchgeführt wird.
Die Verwendung gekrümmter
und gewinkelter Flächen,
um das Gußstück in der
OP10- oder "Qualifikations"-Befestigungsvorrichtung
zu orientieren, kann eine weniger genaue Anordnung in der Befestigungsvorrichtung
und schließlich
eine weniger präzise
maschinelle Bearbeitung des gegossenen V-Blocks zur Folge haben,
weil das Ergebnis eines Bewegens des Gußstücks in einer gegebenen Richtung
vor einem Festklemmen in einer Lage zur maschinellen Bearbeitung
kompliziert und möglicherweise
nicht wiederholbar ist.
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Aus der
US 5,477,906 ist ein Verfahren zum Giessen
eines Metallkörpers
in einer Gießformbaugruppe
bekannt, bei dem zunächst
flüssiges
Metall von unten nach oben in die Gießformbaugruppe gefüllt wird,
welche einen Deckelkern, einer Basisplatte, ein Deckelement, verschiedenen
Seitenelemente und an ihrer Oberseite ein hoch wärmeleitfähiges Wärmeabfuhrelement aufweist.
Die Gießformbaugruppe
wird im Anschluss umgedreht und das nun unten liegende Wärmeabfuhrelement
in einer Kühlstation
positioniert.
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Aus der
DE 197 22 599 A1 sind ein
Verfahren und eine Vorrichtung zum Paketieren von Kernen bekannt.
Kernteile, welche Kernmarken zum Zusammenfügen aufweisen, werden in einer
Kernschießmaschine
hergestellt und dann mit Hilfe einer Palette aus der Maschine entnommen.
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Aus der
US 5,771,955 ist eine Vorrichtung zum
Zusammenbauen von Zylinderkernen, Laufbuchsen, einem Zylinderbodenbasiskern
und weiteren Kernen zu einer Gießformbaugruppe für einen Motorblock
bekannt. Die Laufbuchsen werden nach dem Einsetzen in ein Zylinderkernpaket
durch Induktion erhitzt, um sie zu fixieren.
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Eine Aufgabe der Erfindung ist, einen
integralen Zylindermantel-Kurbelgehäuse-Kern
bei der Herstellung von V-Motorblöcken aus Aluminium und anderen
zu verwenden, die eingegossene Bohrungslaufbuchsen enthalten, wo
die Zylindermantelmerkmale dafür
eingerichtet sind, die Laufbuchsen der Zylinderbohrungen in einer
Weise aufzunehmen, dass die Laufbuchsen und Gußstück-Fixiereinrichtungen in der
Gießformbaugruppe
und dem in der Gießformbaugruppe
hergestellten gegossenen Motorblock genau zueinander angeordnet
sind.
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Eine andere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung ist, ein Verfahren und eine Vorrichtung für einen Sandguss
von Motorzylinderblöcken
in einer Weise zu schaffen, die einen oder mehrere der obigen Nachteile überwindet.
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Die Aufgaben werden gelöst durch
ein Erzeugnis und ein Verfahren mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bzw.
8.
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Die vorliegende Erfindung, umfasst
ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Zusammenbauen einer Gießformbaugruppe
für Motorblöcke sowie eine
Gießformbaugruppe,
worin ein Wassermantel-Plattenkern auf einem integralen Zylindermantel-Kurbelgehäuse-Kern
mit mehreren Zylindermänteln
auf einem integralen Kurbelgehäusebereich montiert
wird. Jeder Zylindermantel weist eine darauf angeordnete Laufbuchse
für eine
Zylinderbohrung auf. Einer der oder mehrere Zylindermäntel weisen eine
Kernmarke an ihrem Distalende auf. Der Wassermantel-Plattenkern
weist eine oder mehrere Kernmarken in zusammenwirkender Beziehung
mit ei ner Zylindermantelkernmarke und mehrere Bohrungslaufbuchsen
positionierende Flächen
auf, die jeweils mit einem jeweiligen Distalendbereich einer jeweiligen
Bohrungslaufbuchse in Eingriff kommen.
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Gemäß einer illustrativen Ausführungsform der
Erfindung weisen die Kernmarken des Wassermantel-Plattenkerns Kernmarkenöffnungen
auf, die nächst
einem Distalende eines jeweiligen Zylindermantels angeordnet sind,
um eine jeweilige langgestreckte Zylindermantelkernmarke aufzunehmen. Der
Wassermantel-Plattenkern weist eine konische, Bohrungslaufbuchsen
positionierende Fläche
nächst jeder
Kernmarkenöffnung
auf, um mit dem oberen Distalende jeder Laufbuchse für eine Zylinderbohrung
auf jedem Zylindermantel in Eingriff zu kommen. Die konischen Bohrungslaufbuchsen
positionierenden Flächen
auf dem Wassermantel-Plattenkern
wirken mit konischen Bohrungslaufbuchsen positionierenden Flächen auf
den Zylindermänteln
zusammen, die dem Kurbelgehäusebereich
nächstgelegen
sind, um die Laufbuchsen für
Zylinderbohrungen auf den Zylindermänteln zu zentrieren. Für eine Gießformbaugruppe
für V-Motorblöcke wird
ein Paar solcher Wassermantel-Plattenkerne, einer für jede Reihe
Zylindermäntel
auf dem integralen Zylindermantel-Kurbelgehäuse-Kern, verwendet.
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Vorteile und Aufgaben der vorliegenden
Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der Erfindung
besser verstanden, die in Verbindung mit den folgenden Zeichnungen
vorgenommen wird.
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1 ist
ein Ablaufdiagramm, das eine Praxis einer illustrativen Ausführungsform
der Erfindung veranschaulicht, um eine Gießformbaugruppe für einen
V-Motorblock zu sammenzubauen. Der vordere Endkern ist aus den Ansichten
der Montagesequenz der Zweckmäßigkeit
halber weggelassen.
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2 ist
eine perspektivische Ansicht eines integralen Zylindermantel-Kurbelgehäuse-Kerns
mit Bohrungslaufbuchsen auf seinen Zylindermänteln und Oberflächen von
Gußstück-Fixiereinrichtungen auf
dem Kurbelgehäusebereich
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung.
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3 ist
eine Schnittansicht einer Gießformbaugruppe
für Motorblöcke gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung, wo der rechte Querschnitt des Zylindermantel-Kurbelgehäuse-Kerns
entlang Linien 3-3 von 2 durch
eine zentrale Ebene eines Zylindermantelmerkmals gelegt ist und
wo der linke Querschnitt des Zylindermantel-Kurbelgehäuse-Kerns
entlang Linien 3'-3' von 2 zwischen benachbarten Zylindermänteln gelegt
ist.
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3A ist
eine vergrößerte Schnittansicht eines
Zylindermantels des Zylindermantel-Kurbelgehäuse-Kerns und einer Anordnung
mit Wassermantel- und Plattenkernen, die eine Laufbuchse einer Zylinderbohrung
auf dem Zylindermantel zeigt.
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3B ist
eine perspektivische Ansicht eines Plattenkerns mit Kernmarkenmerkmalen
für einen
Eingriff mit Kernmarken der Zylindermäntel, des Nockenkerns, des
Wassermantelkerns und der Endkerne.
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3C ist
eine Schnittansicht einer Teilanordnung (Kernbaugruppe) von Kernen,
die auf einer Behelfsbasis ruhen.
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3D ist
eine Schnittansicht der Teilanordnung (Kernbaugruppe), die durch
eine schematisch dargestellte Handhabungsvorrichtung bei einer Reinigungsstation
angeordnet wird.
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3E ist
eine vergrößerte Schnittansicht eines
Zylindermantels des Zylindermantel-Kurbelgehäuse-Kerns und eines Wassermantel-Plattenkerns, die
eine Laufbuchse einer Zylinderbohrung mit einer Verjüngung nur
auf einem oberen Abschnitt ihrer Länge zeigt.
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3F ist
eine vergrößerte Schnittansicht eines
Zylindermantels des Zylindermantel-Kurbelgehäuse-Kerns und Wassermantel-Plattenkerns,
die eine Laufbuchse einer Zylinderbohrung ohne Verjüngung auf
dem Zylindermantel zeigt.
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4 ist
eine perspektivische Ansicht einer Gießform für Motorblöcke, nachdem die Teilanordnung
(Kernbaugruppe) im Basiskern angeordnet wurde und der Deckelkern
auf den Basiskern angeordnet ist, wobei Kokillen weggelassen sind.
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5 ist
eine schematische Ansicht einer Kernkastenwerkzeugeinrichtung zum
Herstellen des integralen Zylindermantel-Kurbelgehäuse-Kerns
von 2, die geschlossene
und offene Stellungen der Zylindermäntel bildenden Werkzeugelemente
zeigt.
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6 ist
eine partielle perspektivische Ansicht einer Kernkastenwerkzeugeinrichtung
und eines resultierenden Kerns, die offene Stellungen der Zylindermäntel bildenden
Werkzeugelemente zeigt.
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1 zeigt
ein Flussdiagramm, das eine veranschaulichende Sequenz zum Zusammenbauen
einer Gießformbaugruppe 10 für Motorzylinderblöcke gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung zeigt. Die Erfindung ist nicht auf die gezeigte Sequenz
von Montageschritten beschränkt,
da andere Sequenzen genutzt werden können, um die Gießformbaugruppe zusammenzubauen.
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Die Gießformbaugruppe 10 wird
aus zahlreichen Arten harzgebundener Sandkerne zusammengesetzt,
die einen Basiskern 12, der mit einer optionalen Kokille 28a,
einer optionalen Kokillenpalette 28b und einer optionalen
Gießformtrennplatte 28c zusammenpasst,
einen integralen Zylindermantel-Kurbelgehäuse-Kern (IBCC) 14 mit
Laufbuchsen 15 für
Zylinderbohrungen aus Metall (zum Beispiel Gusseisen Aluminium oder
Aluminiumlegierung) darauf, zwei Endkerne 16, zwei Seitenkerne 18,
zwei Anord nungen 22 mit Wassermantel- und Plattenkernen
(die jeweils aus einen Wassermantelkern 22a, einem Mantelplattenkern 22b und
einem Heberkern 22c zusammengesetzt sind), einen Stößelkehlkern 24 und
einen Deckelkern 26 einschließen. Die oben beschriebenen
Kerne sind zu Veranschaulichungszwecken und nicht zur Beschränkung dargelegt,
da je nach der speziellen zu gießenden Motorblockkonstruktion
andere Arten von Kernen und Kernkonfigurationen in der Montage der
Gießformbaugruppe
für Motorzylinderblöcke verwendet
werden können.
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Die harzgebundenen Sandkerne können unter
Verwendung herkömmlicher
Prozesse zur Herstellung von Kernen hergestellt werden, wie z.B.
eines kalten Kastens aus Phenolurethan oder eines heißen Kastens
aus Furan, wo ein Gemisch aus Gießereisand und Harzbindemittel
in einen Kernkasten geblasen und das Bindemittel mit entweder einem Katalysatorgas
und/Wärme
gehärtet
wird. Der Gießereisand
kann Silica, Zircon, Quarzglas und andere umfassen. Ein katalysiertes
Bindemittel kann ein Isocure Bindemittel umfassen, das von Ashland
Chemical Company erhältlich
ist.
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Zu Veranschaulichungszwecken und
nicht beschränkend
sind in 1 die harzgebundenen Sandkerne
zur Verwendung beim Aufbau einer Gießformbaugruppe für Motorzylinderblöcke dargestellt, um
einen V8-Motorblock
aus Aluminium zu gießen. Die
Erfindung ist besonders nützlich,
obgleich nicht darauf beschränkt,
für einen
Zusammenbau von Gießformbaugruppen
10 zum Präzisionssandgießen von
Motorzylinderblöcken
der V-Baureihe, die zwei Reihen Zylinderbohrungen mit sich im Kurbelgehäuseteil
des Gußstücks des
Motorblocks schneidenden Ebenen durch die Mittellinien der Bohrungen
jeder Reihe aufweisen. Übliche
Konfiguratio nen umfassen V6-Motorblöcke mit einem Einschlusswinkel
von 54, 60, 90 oder 120 Grad zwischen den beiden Reihen Zylinderbohrungen
und V8-Motorblöcke mit
einem Winkel von 90 Grad zwischen den beiden Reihen Zylinderbohrungen,
obgleich andere Konfigurationen verwendet werden können.
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Die Kerne 14, 16, 18, 22 und 24 werden
anfangs vom Basiskern 12 und Deckelkern 26 entfernt zusammengebaut,
um eine Teilanordnung 30 mehrerer Kerne (Kernbaugruppe)
zu bilden, 1. Die Kerne 14, 16, 18, 22 und 24 werden
auf einer Behelfsbasis oder einem Element TB zusammengebaut, das keinen
Teil der endgültigen
Gießformbaugruppe 10 für Motorblöcke bildet.
Die Kerne 14, 16, 18, 22 und 24 sind
in 1 der Zweckmäßigkeit
halber schematisch dargestellt, wobei ihre detaillierteren Ansichten in 2-5 gezeigt sind.
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Wie in 1 veranschaulicht,
wird zuerst der integrale Zylindermantel-Kurbelgehäuse-Kern 14 auf der
Behelfsbasis TB angeordnet. Der Kern 14 enthält mehrere
zylindrische Rohre bzw. Zylindermäntel 14a auf dem integralen
Kurbelgehäuse-Kernbereich 14b, wie
in 2-3 und 5-6 gezeigt ist. Der Zylindermantel-Kurbelgehäuse-Kern 14 wird
als integraler einstückiger
Kern mit der Kombination der Zylindermäntel und des Kurbelgehäusebereichs
in einer in 5-6 dargestellten Kernkastenwerkzeugeinrichtung 100 gebildet.
Auf dem Kurbelgehäusebereich 14b kann auch
integral ein Durchgang für
den Nockenwellenbereich 14cs ausgebildet sein.
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Die Kernkastenwerkzeugeinrichtung 100 umfasst
eine Basis 102, auf der erste und zweite Zylindermäntel bildende
Werkzeugelemente 104 auf Füh rungsstiften 105 für eine Bewegung
durch jeweilige hydraulische Zylinder 106 verschiebbar
angeordnet sind. Eine Abdeckung 107 ist auf einer vertikal verschiebbaren,
genau geführten
Kernmaschinenplatte 110 für eine Bewegung durch einen
hydraulischen Zylinder 109 in Richtung auf die Zylindermäntel bildenden
Werkzeugelemente 104 angeordnet. Die Elemente 104 und
die Abdeckung 107 werden von den in durchgezogenen Linien
gezeigten Stellungen von 5 zu
den in gestrichelten Linien dargestellten Stellungen bewegt, um
einen Hohlraum C zu bilden, in den das Gemisch aus Sand und Bindemittel geblasen
und gehärtet
wird, um den Kern 14 zu bilden. Die Enden des Kerns 14 werden
durch Werkzeugelemente 104 und/oder 107 geformt.
Der Kern 14 wird dann aus der Werkzeugeinrichtung 100 entnommen,
indem die Werkzeugelemente 104 und die Abdeckung 107 auseinander
bewegt werden, um den Kern 14 freizulegen, dessen Kurbelgehäusebereich 14b der
Zweckmäßigkeit
halber in 6 ziemlich
schematisch dargestellt ist.
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Die Zylindermäntel bildenden Werkzeugelemente 104 sind
so konfiguriert, dass sie die Zylindermäntel 14a und gewisse
Außenflächen des
Kurbelgehäusekerns
bilden, einschließlich
Gußstückfixierflächen 14c, 14d und 14e.
Die Abdeckung 107 ist so konfiguriert, um Innen- und andere
Außenflächen des
Kurbelgehäuses
des Kerns 14 zu bilden. Zu Veranschaulichungszwecken und
nicht beschränkend sind
die Werkzeugelemente 104 einschließlich Arbeitsflächen 104c zum
Bilden von zwei primären Gußstückfixierflächen 14c dargestellt.
Diese beiden primären
Fixierflächen 14c können an
einem Ende E1 des Kurbelgehäusebereichs 14b ausgebildet sein,
und eine dritte ähnliche
(nicht dargestellte, aber den Oberflächen 14c ähnliche)
Fixierfläche
kann am anderen Ende E2 des Kurbelgehäusebereichs 14b gebildet
sein, 2. Drei primäre Gußstückfixierflächen 14c bilden
eine Referenzebene zur Verwendung in einem bekannten Verfahren zur
3-2-1-Anordnung von Gußstücken. Die
zwei sekundären
Gußstückfixierflächen 14d können auf
einer Seite CS1 des Kurbelgehäusebereichs 14b, 2, des Kerns 14 so
ausgebildet sein, dass sie eine Referenzlinie bilden. Das rechte
Werkzeugelement 104 in 5 ist mit
Arbeitsflächen 104d (eine
dargestellt) zum Bilden sekundärer
Gußstückfixierflächen 14d auf
einer Seite CS1 des Kerns 14 dargestellt. Das linke Werkzeugelement 107 kann
wahlweise ähnliche
Arbeitsflächen 104d (eine
dargestellt) enthalten, um wahlweise sekundäre Fixierflächen 14d auf der anderen
Seite CS2 des Kerns 14 zu bilden. Auf dem Ende E1 des Kurbelgehäusebereichs 14b kann
eine tertiäre
Gußstückfixierfläche 14e,
die der Fixierfläche 14c benachbart
ist, 2, durch das gleiche
Werkzeugelement gebildet sein, das die Fixierfläche 14c am Kernende
E1 bildet. Eine einzelne tertiäre
Fixierfläche 14e richtet
einen Referenzpunkt ein. Die sechs fixierenden Oberflächen 14c, 14d, 14e bilden
das dreiachsige Koordinatensystem, um den gegossenen Motorblock
für nachfolgende
Arbeitsvorgänge
zur maschinellen Bearbeitung zu fixieren.
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In der Praxis können mehr als sechs solche Fixierflächen für Gußstücke verwendet
werden. Zum Beispiel kann wahlweise ein Paar geometrisch gegenüberliegende
Fixierflächen
für Gußstücke "gleichgesetzt" werden, um als einzelner
Fixierpunkt in dem Fixierschema mit sechs Punkten (3+2+1) zu fungieren.
Eine Gleichsetzung wird typischerweise erreicht durch die Verwendung
mechanisch synchronisierter Positionierdetails in der OP10- oder Qualifikations-Befestigungsvorrichtung.
Diese Positionierdetails berühren
die Fixierflächenpaare
in einer Weise, die. die Ungleichmäßigkeit der beiden Oberflächen mittelt
oder ausgleicht. Zum Beispiel kann ein zusätzlicher Satz sekundärer Fixierflächen, die
den Fixierflächen 14d ähn lich sind,
auf der gegenüberliegenden
Seite CS2 des Kerns 14 durch Arbeitsflächen 104d des linken
Zylindermäntel
bildenden Werkzeugelements 104 in 5 gebildet werden. Außerdem können auch für eine spezielle Konstruktion
eines Motorblockgußstücks zusätzliche
primäre
Fixier- und tertiäre
Fixierflächen
gebildet werden. Die Fixierflächen 14c, 14d, 14e können verwendet
werden, um das Motorblockgußstück in anschließenden Arbeitsvorgängen zum
Ausrichten und maschinellen Bearbeiten zu orientieren, ohne auf
eine oder mehrere gekrümmte
Flächen
von zwei oder mehr Laufbuchsen 15 der Zylinderbohrungen
Bezug nehmen zu müssen.
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Da die Fixierflächen 14c, 14d, 14e auf
dem Kurbelgehäusekernbereich 14b unter
Verwendung der gleichen Zylindermäntel bildenden Werkzeugelemente 104 des
Kernkastens gebildet werden, die auch die integralen Zylindermäntel 14a bilden,
sind diese Fixierflächen
in Bezug auf die Zylindermäntel 14a und
somit die im Gußstück des Motorblock
gebildeten Zylinderbohrungen einheitlich und genau angeordnet.
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Wie oben erwähnt wurde, wird der integrale Zylindermantel-Kurbelgehäuse-Kern 14 zuerst
auf der Behelfsbasis TB angeordnet. Danach wird eine Laufbuchse 15 für Zylinderbohrungen
aus Metall auf jedem Zylindermantel 14a des Kerns 14 manuell
oder mit Hilfe von Robotern angeordnet. Vor einer Anordnung auf
dem Zylindermantel 14a kann jede Außenfläche der Laufbuchse mit Ruß beschichtet
werden, der Carbon Black aufweist, um einen engen mechanischen Kontakt
zwischen der Laufbuchse und dem Gussmetall zu unterstützen. Der
Kern 14 wird in der Kernkastenwerkzeugeinrichtung 100 hergestellt,
so dass er am unteren Ende jedes Zylindermantels 14a eine
abgeschrägte
(konische) untere ringförmige,
die Laufbuchse anordnende Fläche 14f enthält, wie
in 3A am besten dargestellt
ist. Die abgeschrägte Fläche 14f kommt
mit dem abgeschrägten
ringförmigen
unteren Ende 15f jeder Bohrungslaufbuchse 15 in
Anlage, wie in 3A gezeigt
ist, um sie in Bezug auf den Zylindermantel 14a vor und
während
eines Gießens
des Motorblocks zu positionieren.
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Die Laufbuchsen 15 der Zylinderbohrungen können jeweils
maschinell bearbeitet oder gegossen werden, so dass sie einen Innendurchmesser
aufweisen, der entlang der gesamten Länge oder einem Abschnitt der
Länge der
Bohrungslaufbuchse 15 verjüngt ist, um mit einem Formschrägenwinkel
A (Außendurchmesserverjüngung), 3A, übereinzustimmen, der auf den
Zylindermänteln 14a vorgesehen
ist, um eine Entnahme des Kerns 14 aus der Kernkastenwerkzeugeinrichtung 100 zu
gestatten, in der er gebildet wird. Insbesondere enthält jedes
Zylindermäntel
bildende Element 104 der Werkzeugeinrichtung 100 mehrere
Zylindermäntel
bildende Hohlräume 104a mit
einer geringfügig
abnehmenden Verjüngung
des Innendurchmessers entlang der Länge in einer Richtung, die
von seinem ein Kurbelgehäuse bildenden
Bereich 104b in Richtung auf die Distalenden von Zylindermäntel bildenden
Hohlräumen 104a verläuft, um
eine Bewegung der Werkzeugelemente 104 vom in der Werkzeugeinrichtung 100 ruhenden gehärteten Kern 104 weg,
d.h. eine Bewegung der Werkzeugelemente 104 von den in
gestrichelten Linien dargestellten Stellungen zu den in durchgezogenen
Linien dargestellten Stellungen von 5,
zu gestatten. Die Außendurchmesserverjüngung der
gebildeten Kernrohre bzw. Kernzylindermäntel 14a verläuft folglich
(nimmt im Durchmesser ab) von nahe dem Kurbelgehäusebereich 14b des
Kerns in Richtung auf die Distalenden der Zylindermäntel. Die
Verjüngung
auf dem Außendurchmesser
der Zylindermäntel 14a beträgt typischerweise
bis zu 1 Grad und hängt
von dem Formschrägenwinkel
ab, der auf den Zylindermäntel
bildenden Werkzeugelementen 104 der Kernkastenwerkzeugeinrichtung 100 verwendet wird.
Die Verjüngung
des Innendurchmessers der Bohrungslaufbuchsen 15 wird maschinell
so bearbeitet oder gegossen, dass sie zum Formschrägenwinkel
(Außendurchmesserverjüngung) der
Zylindermäntel 14a komplementär ist, 3A, so dass der Innendurchmesser
der Bohrungslaufbuchse 15 am oberen Ende kleiner als an
ihrem unteren Ende ist, 3A.
Eine Verjüngung
des Innendurchmessers der Bohrungslaufbuchsen 15, so dass
sie mit der des Außendurchmessers
der Zylindermäntel 14a zusammenpasst,
verbessert eine anfängliche
Ausrichtung jeder Bohrungslaufbuchse auf dem zugeordneten Zylindermantel
und folglich bezüglich
des Wassermantel-Plattenkerns 22, der auf den Zylindermänteln 14a befestigt
wird. Die zusammenpassende Verjüngung
reduziert auch den Zwischenraum oder die Lücke zwischen jeder Bohrungslaufbuchse 15 und
jedem zugeordneten Zylindermantel 14a und bildet eine gleichmäßige Dicke
aus, um die Wahrscheinlichkeit und das Ausmaß zu reduzieren, dass und in dem
während
eines Gießens
der Gießform
für Motorblöcke geschmolzenes
Metall in den Raum eindringen könnte.
Die Verjüngung
auf dem Innendurchmesser der Bohrungslaufbuchsen 15 wird
während einer
maschinellen Bearbeitung des Gußstücks des Motorblocks
entfernt.
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Die Verjüngung des Innendurchmessers
der Bohrungslaufbuchse 15 kann entlang ihrer gesamten Längen, wie
in 3 und 3A veranschaulicht, oder nur entlang
einem Abschnitt ihrer Längen
verlaufen, wie in 3E veranschaulicht
ist.
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Zum Beispiel kann die Verjüngung des
Innendurchmessers jeder Bohrungslaufbuchse 15 nur entlang
einem oberen verjüngten
Abschnitt 15k ihrer Länge
nächst
einem Distalende jedes Zylindermantels 14a verlaufen, das
der Kernmarke 14p benachbart ist, wie in 3E veranschaulicht, nächst der Stelle, wo das obere
Ende der Bohrungslaufbuchse 15 mit der Anordnung 22 mit
Wassermantel-Plattenkernen zusammenpasst. Zum Beispiel kann der
verjüngte
Abschnitt 15k eine von seinem oberen Ende in Richtung auf
sein unteres Ende gemessene Länge von
einem Zoll (ein Inch) aufweisen. Obgleich nicht dargestellt, kann
ein ähnlicher
verjüngter
Bereich des Innendurchmessers lokal am unteren Ende jeder Bohrungslaufbuchse 15 dem
Kurbelgehäusebereich 14b benachbart
oder an irgendeinem anderen lokalen Bereich entlang der Länge der
Bohrungslaufbuchse 15 zwischen ihrem oberen und unteren
Ende vorgesehen sein.
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Die Erfindung ist nicht auf die Verwendung von
Bohrungslaufbuchsen 15 mit einer geringfügigen Verjüngung des
Innendurchmessers, um mit dem Formschrägenwinkel der Zylindermäntel 14a zusammenzupassen,
begrenzt, da nicht verjüngte
Laufbuchsen 15 der Zylinderbohrungen mit konstanten Innen-
und Außendurchmessern
verwendet werden können,
um die Erfindung in die Praxis umzusetzen, 3F. Die nicht verjüngten Bohrungslaufbuchsen 15 werden
durch an abgeschrägten
Oberflächen 15f, 15g von
Bohrungslaufbuchsen anliegende abgeschrägte Positionierflächen 14f, 22g positioniert,
die wie die hierin für
die verjüngten
Bohrungslaufbuchsen 15 beschriebenen Oberflächen 15f, 15g sind.
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Nach- einer Montage der Bohrungslaufbuchsen 15 auf
den Zylindermänteln 14a des
Kerns 14 werden die Endkerne 16 von Hand oder
mit einem Roboter am Kern 14 zusammengebaut, wobei ineinanderpassende
Kernmarkenmerkmale auf den zusammenpassenden Kernen, um die Kerne
auszurichten, und herkömmliche
Mittel verwendet werden, um sie anzubringen, wie zum Beispiel Leim,
Schrauben oder andere Verfahren, die dem Fachmann in der Gießereitechnik
bekannt sind. Eine Kernmarke umfasst ein Merkmal eines Gießformelements
(zum Beispiel eines Kerns), das verwendet wird, um das Gießformelement
in Bezug auf andere Gießformelemente
zu positionieren, und welches nicht die Form des Gußstücks definiert.
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Nachdem die Endkerne 16 auf
dem Zylindermantel-Kurbelgehäuse-Kern 14 angeordnet
sind, wird die Anordnung 22 mit Wassermantel-Plattenkernen von
Hand oder mit Hilfe eines Roboters auf jeder Reihe Zylindermäntel 14a des
Kerns 14 angeordnet, 3.
Jede Anordnung 22 mit Wassermantel- und Plattenkernen wird
durch Befestigen eines Wassermantelkerns 22a und eines
Heberkerns 22c an einem Plattenkern 22b unter
Verwendung herkömmlicher
ineinanderpassender Kernmarkenmerkmale der Kerne wie zum Beispiel
Ausnehmungen 22q und 22r auf dem Plattenkern 22b geschaffen, 3B. Diese nehmen Kernmarkenmerkmale
des Wassermantelkerns 22a bzw. Heberkerns 22c auf.
Mittel zum Befestigen/Sichern der zusammengebauten Kerne beinhalten
Leim, Schrauben oder andere dem Fachmann in der Gießereitechnik
bekannte Verfahren. Jeder Wassermantel-Plattenkern 22b enthält Endkernmarken 22h, 3B, die mit komplementären Merkmalen
auf den jeweiligen Endkernen 16 ineinanderpassen. Die beabsichtigte
Funktion der Kernmarken 22h ist, den Plattenkern 22b während einer
Montage auf den Zylindermänteln
vorher auszurichten und eine Auswärtsbewegung der Endkerne während einer
Befüllung
der Gießform
zu begrenzen. Die Kernmarken 22h beeinflussen nicht die
Lage des Plattenkerns 22b in Bezug auf den integralen Zylindermantel-Kurbelgehäuse-Kern 14,
außer
dass sie eine Drehung des Plattenkerns 22b in Bezug auf
die Zylindermäntel
reduzieren.
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Anordnungen 22 mit Wassermantel-Plattenkernen
werden auf den Reihen Zylindermäntel 14a wie
in 3 veranschaulicht
montiert. Zumindest einige der Zylindermäntel 14a weisen eine
Kernmarke 14p auf ihrem oberen Distalende auf, die auf
den Zylindermänteln 14a in
der Kernkastenwerkzeugeinrichtung 100 geschaffen wird, 2 und 5. In der nur zu Veranschaulichungszwecken
gezeigten Ausführungsform
weisen alle Zylindermäntel 14a eine
Kernmarke 14p auf. Die langgestreckte Zylindermantelkernmarke 14p ist
als polygonale Verlängerung
mit flachen Seiten veranschaulicht, die vier flache Hauptseiten
S aufweist, die durch abgeschrägte
Ecken CC getrennt sind, und von einer aufwärts gewandten Kernfläche S2 aufwärts verläuft. Die
Anordnung 22 mit Wassermantel-Plattenkernen enthält mehrere komplementäre polygonale
Kernmarken 22p, die jeweils vier Hauptseiten S' aufweisen, die von
einer abwärts
gewandten Kernfläche
S2' ausgehen, 3A. Die Kernmarken 22p sind
als Öffnungen
mit flachen Seiten, um die Kernmarken 14p aufzunehmen,
und mit ringförmigen
abgeschrägten
(konischen) Lagerbuchsen positionierenden Flächen 22g an ihren
unteren Enden veranschaulicht. Wenn jede Kernanordnung 22 auf
jeder Reihe Zylindermäntel 14a positioniert
wird, wird jede Kernmarke 14p der Zylindermäntel 14a in
einer jeweiligen Kernmarke 22p zusammenwirkend aufgenommen.
Eine oder mehrere der flachen Hauptseiten oder Oberflächen von
einigen Kernmarken 14p sind in Bezug auf eine jeweilige Kernmarke 22p der
Kernanordnung 22 typischerweise enganliegend (zum Beispiel
ein Zwischenraum von weniger 0,01 Zoll (0,01 Inch)) ineinander gesteckt.
Nur zum Beispiel könnten
die aufwärts
gewandten Kernflächen
S2 des ersten Zylindermantels 14a (zum Beispiel #1 in 2) und des letzten Zylindermantels 14a (zum
Beispiel #4) in einer bestimmten Reihe der Zylindermäntel genutzt
werden, um die Längsachse
der Anordnung 22 mit Wassermantel-Plattenkernen unter Verwendung
von ab wärts
gewandten Oberflächen
S2' der Kernmarken
(#1A und #4A in 3B)
der Anordnung 22 parallel zu einer Achse dieser Reihe von
Zylindermänteln
auszurichten (wobei die Ausdrücke
aufwärts
und abwärts
gewandt sich auf 3A beziehen).
Die vorwärts
gewandte Seite S der Kernmarke 14b des zweiten Zylindermantels
(zum Beispiel #2 in 2)
einer bestimmten Reihe Zylindermäntel
könnte
genutzt werden, um die Kernanordnung 22 entlang der "X"-Achse, 2,
unter Verwendung einer rückwärts gewandten
Seite S' der Kernmarke 22p (zum
Beispiel #2A in 3B)
der Anordnung 22 zu positionieren.
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Während
eine Montage der Mantelplattenanordnung 22 an die Zylindermäntel ihrem
Abschluss entgegen geht, kommt jede abgeschrägte Oberfläche 22g mit einem
jeweiligen abgeschrägten
ringförmigen
Ende 15g jeder Bohrungslaufbuchse 15 wie in 3 und 3A gezeigt in Eingriff. Die oberen Distalenden
der Bohrungslaufbuchsen 15 werden dadurch in Bezug auf
die Zylindermäntel 14a vor
und während eines
Gießens
des Motorblocks genau positioniert. Da die Anordnungen der Zylindermäntel 14a in
der Kernkastenwerkzeugeinrichtung 100 genau gebildet werden
und da der Wassermantel-Plattenkern 22 und die Zylindermäntel 14a an
einigen der Kernmarken 14p, 22p eng eingepasst
sind, werden die Bohrungslaufbuchsen 15 auf dem Kern 14 genau
positioniert, und folglich werden schließlich die Zylinderbohrungen
in dem in der Gießformbaugruppe 10 hergestellten
Gußstück des Motorblocks
genau positioniert.
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Bereiche der Kernmarken 14p und 22p sind nur
zu Veranschaulichungszwecken in Form flachseitiger Polygone dargestellt,
da andere Formen von Kernmarken verwendet werden können. Obgleich
die Kernmarken 22p als Öffnungen
mit flachen Seiten dargestellt sind, die von einer Innenseite zu einer
Außenseite
jeder Kernanordnung 22 verlaufen, können die Kernmarken 22p nur
teilweise durch die Dicke der Kernanordnung 22 verlaufen.
Eine Verwendung der Kernmarkenöffnungen 22p durch
die Dicke der Kernanordnung 22 wird bevorzugt, um zu Positionierzwecken
maximalen Kontakt zwischen den Kernmarken 14p und Kernmarken 22p zu
schaffen. Der Fachmann erkennt auch, dass die Kernmarken 22p als Steckkernmarken
geschaffen werden können,
die jeweils in einer jeweiligen Buchsenkernmarke auf einem oberen
Distalende jedes Zylindermantels 14a aufgenommen werden.
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Nach einem Zusammenbau der Anordnungen 22 mit
Wassermantel-Plattenkernen
auf den Zylindermänteln 14a wird
ein Stößelkehlkern 24 von Hand
oder mit Hilfe eines Roboters auf den Anordnungen 22 mit
Wassermantel-Plattenkernen montiert, gefolgt von einer Montage der
Seitenkerne 18 auf dem Kurbelgehäuse-Zylindermantel-Kern 14,
um eine Teilanordnung (Kernbaugruppe) 30, 1, auf der Behelfsplatte TB zu bilden.
Der Basiskern 12 und der Deckelkern 26 sind an
dieser Stelle in der Montagesequenz nicht montiert.
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Die Teilanordnung (Kernbaugruppe) 30 und die
Behelfsbasis TB werden dann getrennt, indem die Teilanordnung 30 unter
Verwendung eines Robotergreifers GP oder irgendeiner anderen geeigneten Handhabungsvorrichtung, 3D, von der Basis TB an
einer separaten Station weggehoben wird. Die Behelfsbasis TB wird
zum Anfangsort der Sequenz für Teilanordnungen
zurückgeführt, wo
ein neuer integraler Zylindermantel-Kurbelgehäuse-Kern 14 zur Verwendung
bei einer Montage einer weiteren Teilanordnung 30 darauf
plaziert wird.
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Die Teilanordnung 30 wird
dann vom Robotergreifer GP oder einer anderen Handhabungsvorrichtung
zu einer (Ausblas-) Reinigungsstation BS gebracht, 1 und 3D,
wo sie gereinigt wird, um losen Sand von den Außenflächen der Teilanordnung und
aus Innenräumen
zwischen ihren Kernen zu entfernen. Der lose Sand ist typischerweise
vorhanden, weil während
der oben beschriebenen Teilmontagesequenz die Kerne an den Verbindungsstellen
dazwischen aneinander reiben. Eine kleine Menge Sand kann von den
zusammenpassenden Verbindungsflächen
abgeschliffen werden und liegt auf den Außenflächen und in engen Zwischenräumen zwischen
benachbarten Kernen, wobei derartige enge Zwischenräume die
Wände und
andere Merkmale des Gußstücks des
Motorblocks bilden, wo ihr Vorhandensein das in der Gießformbaugruppe 10 geschaffene
Gußstück des Motorblocks
verunreinigen kann.
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Die Reinigungsstation BS kann mehrere Hochgeschwindigkeitsluftdüsen N aufweisen,
vor denen die Teilanordnung 30 durch den Robotergreifer GP
so gehandhabt wird, dass Hochgeschwindigkeitsluftströme J von
den Düsen
N auf die Außenflächen der
Teilanordnungen und in die engen Zwischenräume zwischen benachbarten Kernen
auftreffen, um etwaige Sandpartikel zu lösen und sie unterstützt durch
das eigene Gewicht der losen Sandpartikel aus der Teilanordnung
herauszublasen. Anstelle oder zusätzlich zu einer Bewegung der
Teilanordnung 30 können
die Düsen
N in Bezug auf die Teilanordnung beweglich sein, um Hochgeschwindigkeitsluftströme an die
Außenflächen der
Teilanordnung und in die engen Räume
zwischen benachbarten Kernen zu richten. Die Erfindung ist nicht
auf eine Verwendung von Hochgeschwindigkeitsluftströmen beschränkt, um
die Teilanordnung 30 zu reinigen, da ein Reinigen unter
Verwendung einer oder mehrerer Vakuumreinigerdüsen durchgeführt werden
kann, um lose Partikel aus der Teilanordnung zu saugen.
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Die gereinigte Teilanordnung (Kernbaugruppe) 30 weist
auf ihren Außenflächen mehrere
Trennlinien L auf, wobei die Trennlinien zwischen den benachbarten
Kernen an Verbindungsstellen dazwischen liegen und in mehrere verschiedene
Richtungen auf Außenflächen verlaufen,
wie in 4 schematisch
veranschaulicht ist.
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Die gereinigte Teilanordnung (Kernbaugruppe) 30 wird
dann durch einen Robotergreifer GP auf einem Basiskern 12 angeordnet,
der auf einer optionalen Kokillenpalette 28 ruht, 1 und 3. Die Kokillenpalette 28 enthält eine
Gießformtrennplatte 28c, die
auf der Palettenplatte 28b angeordnet ist, um den Basiskern 12 zu
tragen, 3. Der Basiskern 12 wird auf
der Kokillenpalette 28 mit mehreren aufrechten Kokillen 28a (eine
dargestellt) plaziert, die auf der untersten Palettenplatte 28b Ende
an Ende angeordnet sind. Die Kokillen 28a können zusammen
Ende an Ende durch (nicht dargestellt) eine oder mehrere Befestigungsstangen
befestigt sein, die durch axiale Durchgänge in den Kokillen 28a in
einer Weise verlaufen, dass die Enden der Kokillen sich in Richtung aufeinander
bewegen können,
um eine Schrumpfung des Metallgußstücks aufzunehmen, während es
sich verfestigte und kühlt.
Die Kokillen 28a verlaufen durch eine Öffnung 28o in der
Gießformtrennplatte 28c und
eine Öffnung 12o im
Basiskern 12 in den Hohlraum C des Kurbelgehäusebereichs 14b des Kern 14,
wie in 3 gezeigt ist.
Die Palettenplatte 28b enthält Durchgangslöcher 28h,
durch die Stangen R, 1,
ausgefahren werden können,
um die Kokillen 28a von der Gießformtrennplatte 28c und der
Gießformbaugruppe 10 zu
trennen. Die Kokillen 28a sind aus Gusseisen oder einem anderen
geeigneten thermisch leitfähigen
Material hergestellt, um Wärme
von den Stirnwandmerkmalen des Gußstücks schnell abzuführen, wobei
die Stirnwandmerkmale diejenigen Gußstückmerkmale sind, die die Motorkurbelwelle über die
Hauptlager und Hauptlagerkappen tragen. Die Palettenplatte 28b und
die Gießformtrennplatten 28c können aus
Stahl, einem thermisch isolierenden Keramikplattenmaterial, Kombinationen
davon oder einem anderen haltbaren Material konstruiert sein. Ihre
Funktion besteht darin, die Handhabung der Kokillen beziehungsweise
der Gießformbaugruppe
zu erleichtern. Sie sind typischerweise nicht dazu gedacht, eine
wesentliche Rolle bei der Ableitung von Wärme vom Gußstück zu spielen, obgleich die
Erfindung in dieser Weise nicht beschränkt ist. Die Kokillen 28a auf
der Palettenplatte 28b und Gießformtrennplatte 28c sind
nur zu Veranschaulichungszwecken dargestellt und können unabhängig von
den Anforderungen einer bestimmten Anwendung des Motorblockgußstücks insgesamt
weggelassen werden. Außerdem
kann die Palettenplatte 28b ohne die Gießformtrennplatte 28c und
umgekehrt bei der praktischen Umsetzung der Erfindung genutzt werden.
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Der Deckelkern 26 wird dann
auf dem Basiskern 12 und der Teilanordnung (Kernbaugruppe) 30 angeordnet,
um einen Zusammenbau der Gießformbaugruppe 10 für Motorblöcke abzuschließen. Beliebige
zusätzliche
(nicht dargestellte) Kerne, die nicht Teil der Teilanordnung (der
Kernbaugruppe) 30 sind, können auf dem Basiskern 12 und
dem Deckelkern 26 angeordnet oder daran befestigt werden,
bevor sie zur Montagestelle bewegt werden, wo sie mit der Teilanordnung
(Kernbaugruppe) 30 vereinigt werden. Gemäß einer
Montagesequenz, die von der von 1 verschieden
ist, kann zum Beispiel die Kernbaugruppe 30 ohne Seitenkerne 16 zusammengebaut
werden, die stattdessen auf dem Basiskern 12 montiert sind.
Die Kernbaugruppe 30 ohne Seitenkerne 16 wird
anschließend
im Basiskern 12 mit den Seitenkernen 16 darin
plaziert. Der Basiskern 16 und der Deckelkern 26 weisen
Innenflächen
auf, die komplementär
und in engem Paßsitz
mit den Außenflächen der
Teilanordnung (der Kernbaugruppe 30) konfiguriert sind.
Die Außenflächen des
Basiskerns und Deckelkerns sind in 4 als
eine Kastenform mit flachen Seiten definierend veranschaulicht,
können aber
jede beliebige Form aufweisen, die für eine bestimmte Gussanlage
geeignet ist. Der Basiskern 12 und der Deckelkern 26 werden
typischerweise mit der Kernbaugruppe 30 dazwischen durch äußere umlaufende
Metallbänder
oder Klemmen (die nicht dargestellt sind) miteinander verbunden,
um die Gießformbaugruppe 10 während und
unmittelbar nach einer Befüllung
der Gießform
zusammenzuhalten.
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Eine Lage der Teilanordnung 30 zwischen dem
Basiskern 12 und dem Deckelkern 26 ist effektiv, um
die Teilanordnung 30 zu umschließen und die verschiedenen mehreren äußeren Trennlinien
L darauf innerhalb des Basiskerns und Deckelkerns zu begrenzen, 4. Der Basiskern 12 und
Deckelkern 26 weisen zusammenwirkende Trennflächen 14k, 26k auf,
die eine einzige fortlaufende äußere Trennlinie SL
bilden, die um die Gießformbaugruppe 10 verläuft, wenn
der Basiskern und Deckelkern mit der Teilanordnung (der Kernbaugruppe) 30 dazwischen
zusammengebaut sind. Ein Großteil
der Trennlinie SL um die Gießformbaugruppe 10 ist
in einer horizontalen Ebene orientiert. Die Trennlinie SL auf den
Seiten LS, RS der Gießformbaugruppe 10 liegt
in einer horizontalen Ebene. Die Trennlinie SL auf den Enden E3, E4
der Gießformbaugruppe 10 verläuft horizontal und
nicht horizontal, um an jedem Ende E3, E4 der Gießformbaugruppe 10 einen
Bereich aus einer ineinandergreifenden Zunge und Rille zu definieren. Derartige
Merkmale aus Zunge und Rille können
erfor derlich sein, um die äußere Gestalt
der Kernbaugruppe 30 aufzunehmen, wobei somit leerer Raum zwischen
der Kernbaugruppe und den Basis- und Deckelkernen 12, 26 minimiert
wird, um einen Zwischenraum für
den Mechanismus vorzusehen, der genutzt wird, um die Kernbaugruppe 30 in
eine Position im Basiskern 12 abzusenken oder um eine Öffnung unterzubringen,
durch die geschmolzenes Metall in die Gießformbaugruppe eingeführt wird.
Die (nicht dargestellte) Öffnung
für geschmolzenes
Metall kann an der Trennlinie SL oder an einem anderen Ort je nach
der Technik zum Befüllen
der Gießform liegen,
die genutzt wird, um geschmolzenes Metall an die Gießformbaugruppe
zu liefern, wobei die Technik zum Befüllen der Gießform keinen
Teil der Erfindung bildet. Die fortlaufende einzelne Trennlinie
SL um die Gießformbaugruppe 1O reduziert
die Orte für
ein Entweichen von geschmolzenem Metall (zum Beispiel Aluminium)
aus der Gießformbaugruppe 10 während einer
Befüllung
der Gießform.
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Der Basiskern 12 enthält eine
Bodenwand 12j, ein Paar aufrechte Seitenwände 12m,
die durch ein Paar aufrechte gegenüberliegende Endwände 12n verbunden
sind, 4. Die Seitenwände und Endwände dieses
Basiskerns 12 enden in einer aufwärts gewandten Trennfläche 14k.
Der Deckelkern umfasst eine obere Wand 26j, ein Paar herabhängende Seitenwände 26m,
die durch ein Paar herabhängende
gegenüberliegende
Endwände 26n verbunden
sind. Die Seiten- und Endwände
des Deckelkerns enden in einer abwärts gewandten Trennfläche 26k.
Die Trennflächen 12k, 26k passen
zusammen, um die Trennlinie SL der Gießform zu bilden, wenn der Basiskern 12 und
der Deckelkern 26 mit der Teilanordnung (der Kernbaugruppe) 30 dazwischen
zusammengebaut sind. Die Trennflächen 14k, 26k auf den
Seiten RS, LS der Gießformbaugruppe 10 sind nur
in einer horizontalen Ebene orientiert, obgleich die Trennflächen 12k, 26k auf
den Endwänden
E3, E4 der Gießformbaugruppe 10 nur
in einer horizontalen Ebene liegen könnten.
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Die fertiggestellte Gießformbaugruppe 10 für einen
Motorblock wird dann zu einer Station MF zur Befüllung der Gießform bewegt, 1, wo sie mit geschmolzenem
Metall wie zum Beispiel geschmolzenem Aluminium befällt wird,
wobei in einer veranschaulichenden Ausführungsform der Erfindung ein Prozess
zur Befüllung
mit niedrigem Druck genutzt wird, wobei die Gießformbaugruppe 10 aus
ihrer Orientierung in 1 umgedreht
wird, obgleich jede geeignete Technik zur Befüllung der Gießform wie
z.B. ein Schwerkraft- bzw. Standguß genutzt werden kann, um die
Gießformbaugruppe
zu befüllen.
Das geschmolzene Metall (zum Beispiel Aluminium) wird um die Bohrungslaufbuchsen 15 gegossen,
die vorher auf den Zylindermänteln 14a so
positioniert wurden, dass, wenn das geschmolzene Metall sich verfestigt,
die Bohrungslaufbuchsen 15 im Motorblock eingegossen sind.
Die Gießformbaugruppe 10 kann ausgesparte,
die Handhabungsvorrichtung aufnehmende Taschen H enthalten, in 4 ist eine dargestellt,
die in den Endwänden
des Deckelgehäuses 26 ausgebildet
sind, durch die die Gießformbaugruppe 10 gegriffen
und zur Befüllungsstation
MF bewegt werden kann.
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Während
eines Gießens
von geschmolzenem Metall in der Gießformbaugruppe 10 wird
jede Bohrungslaufbuchse 15 an ihrem unteren Ende durch
einen Eingriff zwischen der Abschrägung 14f auf dem Zylindermantel 14a und
der abgeschrägten Fläche 15f auf
der Bohrungslaufbuchse und an ihrem oberen Distalende durch einen
Eingriff zwischen der abgeschrägten
Fläche 22g auf
der Anordnung 22 mit Wassermantel-Platten kernen und der
abgeschrägten Fläche 15g auf
der Bohrungslaufbuchse positioniert. Dieses Positionieren hält jede
Bohrungslaufbuchse 15 zentriert auf ihrem Zylindermantel 14a während einer
Montage und eines Gusses der Gießformbaugruppe 10,
wenn die Bohrungslaufbuchse 15 im gegossenen Motorblock
eingegossen wird, um eine genaue Lage der Laufbuchse der Zylinderbohrung
im Motorblock zu liefern. Dieses Positionieren in Verbindung mit
einer Verwendung verjüngter
Bohrungslaufbuchsen 15, um mit der Formschräge der Zylindermäntel 14a zusammenzupassen,
kann ebenfalls einen Eintritt von geschmolzenem Metall in den Raum zwischen
den Bohrungslaufbuchsen 15 und den Zylindermänteln 14a reduzieren,
um eine Ausbildung eines Gussgrats aus Metall darin zu reduzieren. Wahlweise
kann zu diesem Zweck auch ein geeignetes Dichtungsmittel an einigen
oder allen abgeschrägten
Flächen 14f, 15f, 22g und 15g aufgebracht werden,
wenn die Bohrungslaufbuchsen 15 auf den Zylindermänteln 14a des
Kerns 14 montiert werden oder wenn die Mantelplattenanordnung 22 an
den Zylindermänteln
montiert wird.
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Das (nicht dargestellte) Gußstück des Motorblocks,
das durch die Gießformbaugruppe 10 geformt
wird, enthält
angegossene primäre
Fixierflächen,
sekundäre
Fixierflächen
und eine optionale tertiäre
Fixierfläche,
die von den jeweiligen primären
Fixierflächen 14c,
sekundären
Fixierflächen 14d und der
tertiäre
Fixierfläche 14e gebildet
werden, die auf dem Kurbelgehäusebereich 14b des
integralen Zylindermantel-Kurbelgehäuse-Kerns 14 vorgesehen sind.
Die sechs Fixierflächen
auf dem Gußstück des Motorblocks
sind in Bezug auf die Laufbuchsen der Zylinderbohrungen, die im
Gußstück des Motorblocks
eingegossen werden, einheitlich und genau angeordnet und bilden
ein dreiachsiges Koordinatensystem, das genutzt werden kann, um
das Gußstück des Motorblocks
in anschließenden
Ar beitsvorgängen
zum Ausrichten (zum Beispiel OP10-Ausrichtbefestigung) und maschinellen
Bearbeitung anzuordnen, ohne auf den gekrümmten Laufbuchsen 15 von Zylinderbohrungen
anordnen zu müssen.
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Nach einer vorbestimmten Zeitspanne
nach einem Gießen
des geschmolzenen Metalls in die Gießformbaugruppe 10 wird
es zur nächsten,
in 1 veranschaulichten
Station bewegt, wo vertikale Hebestangen R durch Löcher 28h der
Palettenplatte 28b angehoben werden, um die Gießformtrennplatte 28c mit
der Gießformbaugruppe 10 darauf
anzuheben und von der Palettenplatte 28b und den Kokillen 28a darauf
zu trennen. Die Palettenplatte 28b und Kokillen 28a können zum
Anfang des Montageprozesses für
einen erneuten Gebrauch beim Zusammenbauen einer anderen Gießformbaugruppe 10 zurückgeführt werden.
Die Gießformbaugruppe 10 kann
dann ferner auf der Trennplatte 28c gekühlt werden. Diese weitere Kühlung der
Gießformbaugruppe 10 kann
bewerkstelligt werden, indem Luft und/oder Wasser auf die nun freigelegten
Stirnwandmerkmale des Gußstücks gelenkt
wird. Dies kann die Materialeigenschaften des Gußstücks weiter verbessern, indem
eine größere Kühlrate vorgesehen
wird, als durch die Verwendung einer thermischen Kokille von praktischer
Größe erreicht
werden kann. Thermische Kokillen werden aufgrund des Anstiegs der Temperatur
der Kokille und der Reduzierung der Gußstücktemperatur im Verlauf der
Zeit fortschreitend weniger effektiv. Nach Entnahme des gegossenen
Motorblocks aus der Gießformbaugruppe
durch herkömmliche
Techniken wird die Verjüngung
des Innendurchmessers, falls vorhanden, auf dem Innendurchmesser
der Bohrungslaufbuchsen 15 während einer anschließenden maschinellen
Bearbeitung des Gußstücks des
Motorblocks entfernt, um einen im wesentlichen konstanten Innendurchmesser
auf den Bohrungslaufbuchsen 15 zu schaffen.
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Obgleich die Erfindung hinsichtlich
ihrer spezifischen Ausführungsform
beschrieben wurde, soll sie nicht darauf, sondern vielmehr nur im
in den folgenden Ansprüchen
dargelegten Umfang beschränkt sein.