DE10358116A1

DE10358116A1 - Verfahren zur gießtechnischen Herstellung eines Zylinderkopfes und danach hergestellter Zylinderkopf

Info

Publication number: DE10358116A1
Application number: DE2003158116
Authority: DE
Inventors: Werner Vogel
Original assignee: MAN Nutzfahrzeuge AG
Current assignee: MAN Truck and Bus SE
Priority date: 2003-12-12
Filing date: 2003-12-12
Publication date: 2005-07-14

Abstract

Das erfindungsgemäße Verfahren geht von der Grundüberlegung aus, Funktionsräume im Zylinderkopf, die an sich nicht miteinander zu tun haben, wie z. B. Ölräume und Wasserräume, zunächst durch Vorsehen verschließbarer Öffnungen im Innern zu einem gemeinsamen Raum zusammenzufassen, und zwar so, dass ohnehin zur Funktion nötig außen liegende Öffnungen die Lager eines zur gießtechnischen Herstellung notwendigen gemeinsamen Gießkerns bilden. Durch entsprechende Auswahl der zusammenzufassenden Räume lässt sich erreichen, dass einerseits nur wenige zusätzliche Öffnungen geschaffen werden müssen und andererseits die unterschiedlichen Funktionsräume, durch das Verschließen von über die vorhandenen Öffnungen zugängliche im Innern des Zylinderkopfes liegende Öffnungen, nach dem Guss wieder trennbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur gießtechnischen Herstellung eines Zylinderkopfes, sowie einen Zylinderkopf herstellbar nach diesem Verfahren.

Zylinderköpfe werden meist im Gussverfahren hergestellt. Weit verbreitete Verfahren sind dabei Kokillen- und Sandguss. Bei beiden Verfahren werden im Bauteil liegende Höhhäume durch Sandkerne realisiert. Nach diesen Verfahren herzustellende Zylinderköpfe müssen bereits im unbearbeiteten Zustand immer höheren Ansprüchen an Maßhaltigkeit und zulässiger Serienstreuung genügen. Dies setzt eine möglichst exakte Positionierung der zum Gießvorgang notwendigen Kerne voraus. Insbesondere Wassenaumkerne erfordern hier besonderes Augenmerk. So ist eine möglichst exakte Positionierung der Kerne bei geringstmöglichem Mehraufwand zu realisieren.

Bei Verwendung von Kernen ist es hinsichtlich Maßhaltigkeit und zu erwartender Serienstreuung oft vorteilhaft alle Kerne in einem Außenkern bzw. Kokillenteil – im sogenannten Kernträger – zu lagern, so dass von Kernlager zu Kernlager nur formgebundene Toleranzen Einfluss auf die eigentliche Kernposition der einzelnen Kerne nehmen. Allerdings führt dies beim Notwendigwerden von mehreren Kernen zu vielen Kernlagerpositionen im jeweiligen Kernträger.

Oft lassen sich Kernlager- und Bauteilfunktion miteinander verbinden, sodass kein Mehraufwand bei der Bauteilkonzeption und Herstellung entsteht. So bieten sich beispielsweise bei Gaswechselkanälen die Ein- und Austrittsöffnungen als Kernlagerstellen an. Allerdings gibt es auch Innengeometrien bei Zylinderköpfen, welche funktionsbedingt nicht ausreichend viele Öffnungen am Bauteil zur Folge haben.

Liegen solche Gegebenheiten vor, ist es bekannt, zusätzliche in der Nachbearbeitung wieder zu verschließende Öffnungen im zu gießenden Zylinderkopf zu schaffen, um eine sichere, genaue Lagerung der Kerne zu gewährleisten. Bei mehreren zu lagernden Kernen kommt es so, wegen der vielen notwendigen Kernlager, sehr schnell zu einer großen Anzahl solcher zu schaffender zusätzlicher Öffnungen, die zu Platzproblemen führen, und, durch die Notwendigkeit des wieder Verschließens, in der Nachbearbeitung einen sehr großen Aufwand verursachen.

Unter Vermeidung der vorstehend angesprochenen Nachteile ist es deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur gießtechnischen Herstellung eines Zylinderkopfes anzugeben, das mit nur wenigen zusätzlich zu schaffenden Öffnungen auskommt und trotzdem eine sichere und genaue Lagerung der Gießkerne erlaubt.

Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung einen Zylinderkopf anzugeben, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbar ist.

Gelöst wird die Aufgabe hinsichtlich des Verfahrens zur gießtechnischen Herstellung eines Zylinderkopfes durch den Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 7 gekennzeichnet.

Weiterhin wird die Aufgabe hinsichtlich des mit dem Verfahren herstellbaren Zylinderkopfes gelöst durch den Anspruch 8, vorteilhafte Ausgestaltungen dazu sind in den Ansprüchen 9 und 10 gekennzeichnet.

Das erfindungsgemäße Verfahren geht von der Grundüberlegung aus, Funktionsräume im Zylinderkopf, die an sich nichts miteinander zu tun haben, wie z. B. Ölräume und Wasserräume, zunächst durch Vorsehen verschließbarer Öffnungen im Innern zu einem gemeinsamen Raum zusammenzufassen und zwar so, dass ohnehin zur Funktion nötige außenliegenden Öffnungen die Lager eines zur gießtechnischen Herstellung notwendigen gemeinsamen Gießkerns bilden. Durch entsprechende Auswahl der zusammenzufassenden Räume lässt sich erreichen, dass einerseits nur wenige zusätzliche Öffnungen geschaffen werden müssen und andererseits die unterschiedlichen Funktionsräume, durch das Verschließen von über die vorhandenen Öffnungen zugängliche im Inneren des Zylinderkopfes liegende Öffnungen, nach dem Guß wieder trennbar sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren setzt also eine Gestaltung des Zylinderkopf voraus, bei der die Lage der Innenräume ebenso, wie die Lage vorhandener äußeren Öffnungen so getroffen ist, dass die Bedingungen für den Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens erfüllt sind.

Wie das Verfahren und der damit herstellbare Zylinderkopf gestaltet sind, wird nachfolgend unter Zuhilfenahme der Zeichnungen an Hand eines Beispiels näher erläutert. Es zeigen:
1 Teildarstellung eines Schnittes durch einen Zylinderkopf im Rohrzustand
2 Teildarstellung eines Schnittes durch den Zylinderkopf gemäß 1 in bearbeitetem Zustand
3 Teildarstellung einer brennraumseitigen Aufsicht auf einen Zylinderkopf
Die Teildarstellung in 1 zeigt einen Schnitt durch einen im Rohzustand befindlichen Zylinderkopf 1 entlang der in 3 mit A, A' bezeichneten Linie, die Gießkerne sind bereits entfernt.
Ein aus dem ersten Raum 2 und dem zweiten Raum 3 bestehender gemeinsamer Raum 11 im Innern des Zylinderkopfes 1 wird beim Gießvorgang durch einen gemeinsamen Kern gebildet, der über die erste Durchtrittsöffnung 4 (3), die zweite Durchtrittsöffnung 5, die dritte Durchtrittsöffnung 6 und die zweite verschließbare Öffnung 8 in seinem Kernlager bzw. der Kokille gelagert ist.
Wie in 3 als Teildarstellung einer Aufsicht auf die brennraumseitige erste Begrenzungsfläche 9 des Zylinderkopfes 1 gezeigt, spannen die Öffnungen 4, 5 und 6 eine Fläche auf. Diese geometrische Lage der Öffnungen 4, 5 und 6 jeweils zueinander schafft die Voraussetzung dafür, den Kern, der beim Grießvorgang den gemeinsamen Raum 11 bildet, verdrehsicher und vor allem kippsicher relativ zu der ersten Begrenzungsfläche 9 des Zylinderkopfes 1 zu lagern. Über die zweite verschließbare Öffnung 8 erfolgt eine Lagerung des den gemeinsamen Raum 11 bildenden Kernes in einem weiteren Kernlager, in der Ebene die auf der in 3 gezeigten Ebene senkrecht steht und die zweite Begrenzungsfläche des Zylinderkopfes 1 bildet, so dass der Kern auch in der dritten Raumrichtung fixiert ist.
Der gemeinsame Raum 11 der im Gießvorgang durch den gemeinsamen Kern gebildet wird, umfasst, wie bereits ausgeführt, zwei Teilräume, die durch eine erste verschließbare Öffnung 7 im Innern des Zylinderkopfes 1 miteinander ver banden sind. Die Lage dieser ersten verschließbaren Öffnung ist so gewählt, dass sie von Außen zugänglich ist.
Die Darstellung in 2 zeigt den Zylinderkopf gemäß 1 im bearbeiteten Zustand. Die Bearbeitung erfolgt in der Weise, dass die erste verschließbare Öffnung 7 und die zweite verschließbare Öffnung 8 durch spannende Bearbeitung auf Maß gebracht und die Materialbrücke 14, die den gemeinsamen Raum 11 von einem weiteren Raum 13 trennt, entfernt wird. Danach wird über die zweite verschließbare Öffnung 8 ein erstes Verschlußmittel 12 in Form eines Deckels in die erste verschließbare Öffnung 7 eingepresst. Es entsteht so ein erster Raum 2, der im Betrieb von einem ersten Medium, z.B. Wasser durchströmt wird.
Anschließend wird die zweite verschließbare Öffnung 8 durch Einpressen eines zweiten Verschlussmittels 15 verschlossen, wodurch ein zweiter Raum 3 entsteht, durch den z.B. Öl vom Zylinderkopf 1 in das Kurbelgehäuse (nicht dargestellt) zurückfließen kann.
Wie vorstehend gezeigt, wird durch das beschriebene Verfahren, sowie die konstruktive Ausgestaltung des Zylinderkopfes die Möglichkeit geschaffen, durch das Zusammenfassen von Kernen die Zahl der zu schaffenden Öffnungen für die Kernlagerung zu minimieren und die Maßhaltigkeit der Kernlagerung entscheidend zu verbessern. Insbesondere bei Zylinderköpfen, die an ihrer Unterseite nur zwei Kühlmittelein- und/oder Austrittsöffnungen enthalten und somit keine vollständig definierte vertikale 3-Punkt-Lagerung zulassen, müsste für eine vollständige Lagerung ein zusätzlicher Durchtritt an der Zylinderkopfunterseite geschaffen werden, welcher später wieder zu verschließen wäre. Diese Funktion wird im gezeigten Beispiel von einem rohteilseitig im Wasserraum integrierten Ölrücklaufkanal übernommen. Dieser Ölrücklaufkanal ist im Bereich eines Horizontalkernlagers 8 an den übrigen Wasserraumkern angebunden. Bei der Bearbeitung der Aufnahmebohrungen für Verschlusselemente der Horizontalkernlager wird zusätzlich eine zweite Aufnahmebohrung bearbeitet, welche ein weiteres Verschlusselement zur funktionellen Trennung von Öl- und Wasserraum aufnimmt.
Dem Fachmann ist es unter Anwendung der offenbarten Vorgehensweise möglich, das Verfahren zur gießtechnischen Herstellung eines Zylinderkopfes und den Zylinderkopf als solchen vielfältig zu variieren, so dass der beschriebenen Ausführung nur Beispielcharakter zukommt.

Claims

Verfahren zur gießtechnischen Herstellung eines Zylinderkopfes (1) mit einem ersten Raum (2), der im Betriebszustand ein erstes Medium führt und wenigstens einem zweiten Raum (3), der im Betriebszustand wenigstens ein weiteres Medium führt, wobei – beide Räume (2, 3) über zusammen wenigstens drei Durchtrittsöffnungen (4, 5, 6) in der dem Kurbelwellengehäuse zugewandten ersten Begrenzungsfläche des Zylinderkopfes verfügen, – die gedachte Verbindungslinie zwischen den wenigstens drei Durchtrittsöffnungen (4, 5, 6) eine Fläche einschließt, – der erste Raum (2) und der zweite Raum (3) über eine verschließbare erste Öffnung (7) miteinander in Verbindung stehen, – eine verschließbare zweite Öffnung (8) vorgesehen ist, die sich ausgehend von einer zweiten Begrenzungsfläche des Zylinnderkopfes (1), die nicht parallel zur ersten Begrenzungsfläche verläuft, in den ersten und/oder den zweiten Raum erstreckt, – ein einen gemeinsamen Raum (11) bildender Gießkern in einer die Begrenzungsflächen des Zylinderkopfes (1) bildenden Gießform vorgesehen ist, der sich über den ersten Raum (2), den zweiten Raum (3), die erste Öffnung (7), die zweite Öffnung (8) und die mindestens drei Durchtrittsöffnungen (4, 5, 6) erstreckt und über die mindestens drei Durchtrittsöffnungen (4, 5, 6) in der die erste Begrenzungsfläche (9) bildenden Wand der Gießform und über die zweite Öffnung (8) in der die zweite Begrenzungsfläche (10) bildenden Wand der Gießform in alle drei Raumrichtungen fixiert gelagert ist, – der den gemeinsamen Raum (11) bildende Gießkern nach dem Guß entfernt wird und die erste Öffnung (7) und die zweite Öffnung (8) verschlossen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass weitere Räume (13) vorgesehen sind, die weitere Funktionsräume bilden und/oder weitere Medien führen können, wobei diese dritten Räume (13) durch eigene, von dem den gemeinsamen Raum (11) bildenden Gießkern getrennte, in der Gussform gelagerte weitere Gießkerne gebildet werden und durch Nachbearbeitung mit dem gemeinsamen Raum verbindbar sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gedachte Verbindungslinie zwischen den wenigstens drei Durchtrittsöffnungen (4, 5, 6) Winkel einschließt, deren Winkelmaß möglichst wenig voneinander abweicht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Raum (2) dem Kühlwasserkreislauf zugeordnet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Raum (3) dem Ölkreislauf zugeordnet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Öffnung (7) über die zweite Öffnung (8) zugänglich ist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Verschlussmittel (12) für die erste Öffnung (7) über die zweite Öffnung (8) einbringbar ist.
Zylinderkopf mit einem ersten Raum (2), der im Betriebszustand ein erstes Medium führt und wenigstens einem zweiten Raum (3), der im Betriebs_zustand wenigstens ein weiteres Medium führt, wobei – beide Räume (2, 3) über zusammen wenigstens drei Durchtrittsöffnungen (4, 5, 6) in der dem Kurbelwellengehäuse zugewandten ersten Begrenzungsfläche des Zylinderkopfes verfügen, – die gedachte Verbindungslinie zwischen den wenigstens drei Durchtrittsöffnungen (4, 5, 6) eine Fläche einschließt, – der erste Raum (2) und der zweite Raum (3) im Betriebszustand über eine verschlossene erste Öffnung (7) voneinander getrennt sind, – eine im Betriebszustand verschlossene zweite Öffnung (8) vorgesehen ist, die sich ausgehend von einer zweiten Begrenzungsfläche des Zylinderkopfes (1), die nicht parallel zur ersten Begrenzungsfläche verläuft, in den zweiten Raum erstreckt und der verschlossenen ersten Öffnung (7) gegenüber liegt.
Zylinderkopf nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass weitere Räume (13) vorgesehen sind, die weitere Funktionsräume bilden und/oder weitere Medien führen können, wobei diese dritten Räume (13) durch eigene, von dem den gemeinsamen Raum (11) bildenden Gießkern getrennte, in der Gussform gelagerte weitere Gießkerne gebildet werden und durch Nachbearbeitung mit dem gemeinsamen Raum verbindbar sind.
Zylinderkopf nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Raum (2) dem Kühlwasserkreislauf zugeordnet ist.
Zylinderkopf nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Raum (3) dem Ölkreislauf zugeordnet ist.