DE19853803C1 - Vorrichtung und Verfahren für die Herstellung eines Motorblocks - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Herstellung eines Motorblocks mit zum Verbund mit Gußmaterial in eine Gießform einbezogenen, jeweils an einem Sitz mit gehalterten Zylinderlaufbüchsen, wobei der Sitz an den Büchsenenden angreifende Sitzflächen aufweist, sowie ein entsprechendes Verfahren für die Herstellung eines Motorblocks. Erfindungsgemäß ist wenigstens eine der Sitzflächen konisch derart ausgebildet, daß bei Wärmeausdehnung der Zylinderlaufbüchsen während des Gießens die Büchsenenden in Anlage gegen die Sitzflächen verbleiben. Vorzugsweise sind die Sitzflächen (13, 14) konisch mit einem Neigungswinkel alpha1 bzw. alpha2 zur Büchsenachse ausgebildet, wobei die Bedingung tan alpha1 + tan alpha2 = l/r erfüllt ist, worin l die sich zwischen Angriffspunkten an den Sitzflächen erstreckende Büchsenlänge und r den zugehörigen Radius bezeichnen. Durch diese Erfindungslösung ist gewährleistet, daß die Zylinderlaufbüchsen bei Wärmeausdehnung während des Gießvorgangs stets in ihrem Sitz unter Beibehaltung ihrer gewünschten Position arretiert sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Herstellung eines Motorblocks, mit zum Ver­ bund mit Gußmaterial in eine Gießform einbezogenen, jeweils an einem Sitz gehalterten Zylinderlaufbüchsen, wobei der Sitz an den Büchsenenden angreifende Sitzflächen aufweist, sowie ein entsprechendes Verfahren für die Herstellung eines Motorblocks.

Die eingangs erwähnte Gießform ist also zum Teil durch die an den Formhohlraum der Gieß­ form angrenzenden Zylinderlaufbüchsen gebildet, welche nach Erstarrung des Gußmaterials in den Motorblock eingebunden sind und beim Entformen von der Gießform gelöst werden. Um eine zu schnelle Abkühlung des beim Eingießen mit den Laufbüchsen in Berührung kommenden Gußmaterials und dadurch mangelnde Einbindung der Laufbüchsen in den Motorblock zu vermeiden, werden die Laufbüchsen, vorzugsweise induktiv, vorgeheizt. Dabei und in geringerem Maße auch noch beim späteren Eingießen dehnen sie sich aus, woraus eine unerwünschte Beweglichkeit der Zylinderlaufbüchsen in ihren Sitzen resultiert mit der Folge, daß die Laufbüchsen von ihrer im hergestellten Motorblock vorgesehenen Position abweichen können. Dabei treten sowohl unerwünschte Parallelverschiebungen als auch Neigungen der Büchsenachse auf. In einer in der nachveröffentlichten DE 197 55 557 C1 beschriebenen Gießform der eingangs erwähnten Art ist ein Sitz der Zylinderlaufbüchse in einer ringförmigen Vertiefung mit einem sich radial zur Zylinderachse erstreckenden Boden und sich axial erstreckenden Seitenwänden ausgebildet. Die Zylinderlaufbüchse greift mit einem unter Bildung einer Abstufung im Durchmesser verringerten Stirnendabschnitt in die ringförmige Vertiefung ein.

Aus der DE 34 19 979 C2 und der DE 195 33 529 A1 ist es bekannt, zwischen Teilen einer Gießform eine Formschräge vorzusehen, welche die Entformung von Gußstücken erleichtert.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen neue Gießform der eingangs erwähn­ ten Art zu schaffen, welche die Herstellung von Motorblöcken mit gegenüber dem Stand der Technik höherer Präzision ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Gemäß der Erfindung ist wengistens eine der Sitzflächen derart konisch ausgebildet ist, daß die Büchsenenden bei Wärmeausdehnung der Zylinderlaufbüchsen in Vorbereitung und während des Gießens in Anlage gegen die Sitzflächen verbleiben.

Vorzugsweise sind die Sitzflächen konisch mit einem Neigungswinkel α1 bzw. α2 zur Büchsen­ querschnittsebene ausgebildet, und die Bedingung tan α1 + tan α2 = l/r ist erfüllt, worin l die sich zwischen Angriffspunkten an den Sitzflächen erstreckende axiale Büchsenlänge und r den zugehörigen Radius bezeichnen.

Durch die Erfindung ist gewährleistet, daß bei Wärmeausdehnung der Laufbüchse diese unabhängig vom Ausdehnungszustand mit ihren Enden stets gegen die konischen Sitzflä­ chen anliegt, wodurch neben einer Abdichtung gegen flüssiges Gußmaterial eine Zentrie­ rung der Laufbüchsen gewährleistet ist. Die Büchsenachse kann sich weder parallel ver­ schieben noch neigen. Nach Abkühlung und Erstarrung des Gußmaterials sind die Lauf­ büchsen dann genau in gewünschter Anordnung in den Motorblock eingebunden.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Winkel α1 und α2 gleich groß und gleich einem Winkel α, so daß gilt: tan α = l/d, worin d = 2r einen zu einer Länge l gehörigen Büchsendurchmesser bezeichnet. Bei einer Laufbüchse mit konischen Endflächen müssen die Bedingungen tan α1 + tan α2 = l/r und tan α = l/d für jeden Radius r vom Innen- bis zum Außenradius der Laufbüchse und die jeweils zugehörigen Längen l erfüllt sein. Während bei der Ausführungsform mit unterschiedlichen Winkeln α1 und α2 bei der Wärmeausdehnung eine axiale Schwerpunktverschiebung der Zylinderlaufbüchse auftritt, kommt es bei gleich großen Winkeln α1 und α2 zu keiner solchen Verschiebung.

In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Zylinderlaufbüchsen entsprechend den Sitzflächen geneigte konische Endflächen auf. Vorteilhaft sind durch derart aneinander an­ gepaßte Sitz- und Büchsenendflächen die Zentrierwirkung verbessernde Führungen gebildet. Indem die aneinander angepaßten Flächen verhältnismäßig leichtgängig aufeinander gleiten, kann während des Gießvorgangs die Gußform durch die Wärmeausdehnung der Laufbüchsen nicht beschädigt werden.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung können die Endflächen über die Sitz­ flächen hinaus vorstehen, wodurch jeweils eine Ringhinterschneidung gebildet wird, die durch das Gußmaterial ausgefüllt werden kann und für eine besonders feste Einbindung der Laufbüchse in das Gußmaterial sorgt.

Vorzugsweise kommen als Gußmaterial für den Block Aluminium oder eine Aluminiumlegie­ rung und als Material für die Laufbüchse Grauguß Aluminium oder eine Aluminiumlegierung in Betracht.

Die Zylinderlaufbüchsen können außenseitig mit einer Profilierung versehen sein, durch die sowohl axiale Verschiebungen als auch Verdrehungen erschwert und die Laufbüchsen damit besonders fest in das Gußmaterial eingebettet sind.

Zur festen Verbindung der Zylinderlaufbüchsen mit dem Gußmaterial könnte außenseitig auch eine Beschichtung vorgesehen sein, durch die eine metallische Verbindung zwischen den Laufbüchsen und dem Gußmaterial hergestellt wird. Eine solche Beschichtung könnte z. B. aus AlSi5, AlSi9 oder Zn bestehen.

Die Erfindung soll nun anhand von Ausführungsbeispielen und der beiliegenden, sich auf diese Ausführungsbeispiele beziehenden Zeichnungen näher erläutert und beschrieben werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine Teilschnittansicht einer erfindungsgemäßen Gießform,

Fig. 2 ein Detail der Teilschnittansicht von Fig. 1,

Fig. 3 eine Ansicht zur Erläuterung der Vorgänge bei der Wärmeausdehnung einer in die Gießform von Fig. 1 einbezogenen Zylinderlaufbüchse, und

Fig. 4 eine der Fig. 3 entsprechende Ansicht zur Erläuterung der Vorgänge bei der Wärme­ ausdehnung einer Zylinderlaufbüchse in einer Gießform gemäß einem weiteren Aus­ führungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung.

In den Figuren sind mit den Bezugszeichen 1 bis 4 zusammenfügbare Teile einer Gießform zur Herstellung eines mehrere Zylinder aufweisenden Motorblocks bezeichnet. Die Gießformen bestehen aus Sand, dem ein Kunstharzbindemittel zugesetzt ist. In den Schnittdarstellungen von Fig. 1 und 2 ist ein Teil einer Zylinderlaufbüchse 5 für einen der Zylinder sichtbar. Die aus Grauguß bestehende Zylinderlaufbüchse 5 bildet ein weiteres Teil der Gießform. Entspre­ chend grenzt sie mit ihrer Außenfläche an einen auszugießenden Formhohlraum 6 an, wel­ cher ansonsten durch die genannten Gießformteile 1 bis 4 begrenzt ist. Der Formhohlraum 6 umfaßt die in Fig. 1 und 2 am engsten schraffierten Bereiche.

In dem Formhohlraum 6 erstrecken sich ausbrennbare Dorne 7, 8 und 9, wobei ein an den Dorn 9 angrenzender, doppelt schraffierter Bereich zum Abtragen des Gußmaterials im Rahmen einer Nachbearbeitung vorgesehen ist.

Das Gießformteil 2 umfaßt einen leicht konischen Dorn 12, auf welchem die Zylinderlauf­ büchse 5 aufsitzt. Der Dorn 12 weist eine der Büchseninnenseite zugewandte Mantelfläche 11 auf. Sitzflächen 13 und 14 bilden einen Sitz für die Zylinderlaufbüchse 5, wobei die koni­ sche Sitzfläche 14 an dem Gießformteil 1 und die konische Sitzfläche 13 an dem Gießformteil 2 geformt ist. Der Dorn 12 des Gießformteils 2 erstreckt sich in eine zu der Zylinderlaufbüchse 5 koaxiale Ausnehmung 15.

Mit dem Bezugszeichen 16 ist ein in dem Formhohlraum 6 angeordneter Kern für die Bildung eines Kühlmittelhohlraums bezeichnet. Das Bezugszeichen 17 weist auf einen Bereich hin, welcher wie der Bereich 10 zum Abtragen von Gußmaterial durch spanabhebende Nach­ bearbeitung vorgesehen ist. Auch ein dem Dorn 12 zugewandter Teil der Zylinderlaufbüch­ sen 5 wird später abgetragen.

Wie insbesondere aus der Fig. 2 hervorgeht, weist die Laufbüchse 5 an ihren Enden neben jeweils an die Sitzflächen 13 und 14 angepaßten Konusflächen eine Abstufung 18 auf, die zur Herstellung einer festen Verbindung zwischen dem Gußmaterial und der Zylinderlaufbüchse beiträgt und insbesondere axialen Verschiebungen der Laufbüchse entgegenwirkt. Die genannten Konusflächen könnten über die konischen Sitzflächen unter Bildung einer ringförmigen, durch Gußmaterial ausfüllbaren Hinterschneidung überstehen.

Die Funktion der in den Fig. 1 und 2 beschriebenen Gießform soll nun unter Einbeziehung von Fig. 3 erläutert werden.

Die Gießform wird unter Zusammenfügung der Gießformteile 1 bis 4 und der Zylinderlauf­ büchse 5 zusammengesetzt, wobei der Formhohlraum 6 entsteht. Die an den Formhohlraum 6 angrenzende Zylinderlaufbüchse 5 ist unbeweglich in ihrem durch die konischen Sitzflä­ chen 13 und 14 gebildeten Sitz gehalten.

In Vorbereitung des Gießens werden die Laufbüchsen über eine (nicht gezeigte) Induktions­ heizeinrichtung aufgeheizt, wodurch sie sich ausdehnen.

Beim Eingießen von Gußmaterial in den Formhohlraum 6, in dem beschriebenen Ausfüh­ rungsbeispiel von Aluminium, kommt es zu einer weiteren Erhitzung und Ausdehnung der Laufbüchsen 5.

Wie Fig. 3 zu entnehmen ist, entfernt sich bei dieser Ausdehnung die Innenseite der Lauf­ büchse 5 von der Mantelsitzfläche 11 des Dorns 12 um den Betrag Δr d. h. der Innenradius r der Büchse wächst um Δr. Gleichzeitig mit dieser Aufweitung der Büchse 5 vergrößert sich die Länge l der Büchse 5 an ihrem Innenradius um den Betrag Δl1 + Δl2. Diese Längenänderung am Innenradius und alle anderen Änderungen der Längsausdehnung der Büchse 5 bei Wärmeeinwirkung sind im Verhältnis zum jeweiligen Ausgangsradius so bemessen, daß die Büchse 5 mit ihren konischen Endflächen in Anlage gegen die konischen Sitzflächen 13 und 14 verbleibt und durch die konischen Sitzflächen 13 und 14 so geführt ist, daß es weder zu einer unerwünschten Neigung der Büchsenachse noch zu ihrer Parallelverschiebung kom­ men kann. Die Zylinderlaufbüchse wird daher trotz ihrer Wärmeausdehnung unabhängig vom Ausdehnungszustand stets in einer solchen Position gehalten, daß sie nach Abkühlung des Gußmaterials genau in der vorgesehenen Lage und Position in den Motorblock einge­ bunden ist.

Die beschriebene Ausdehnung der Zylinderlaufbüchse 5 unter Gleitanlage gegen die koni­ schen Sitzflächen 13 und 14 ist, wie durch die nachfolgende Rechnung gezeigt werden kann, gewährleistet, wenn die Bedingung tan α1 + tan α2 = l/r erfüllt ist.

Für die Änderung Δl der Länge l und Δr des Radius r gilt

Δl = a × l (1)

bzw.

Δr = a × r, (2)

worin a ein den Längenausdehnungskoeffizienten enthaltener Faktor ist.

Andererseits gilt für die Längenänderung 41 die Beziehung

Δl = Δl1 + Δl2 (3)

d. h. die Längenänderung Δl verteilt sich auf die Längenänderung Δl1 und Δl2, wie aus Fig. 3 hervorgeht.

Wie Fig. 3 ferner zu entnehmen ist, gilt

Δl1 = Δr × tan α1 (4)

sowie

Δl1 = Δr × tan α2 (5).

Setzt man (4) und (5) und danach (1) und (2) in (3) ein, so gelangt man zu der obengenann­ ten Bedingung.

Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 3 sind die Winkel α1 und α2 annähernd gleich groß. Bei dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel geht der Winkel α1 gegen Null. Die Längen­ änderung Δl der Länge l ist daher gleich Δl2 und der tan α1 in der obengenannten Bezie­ hung ist gleich Null. Daraus ergibt sich für das Ausführungsbeispiel von Fig. 4 die Bedingung:

tan α2 = l/r.

Für den Fall, daß die Winkel α1 und α2 gleich groß und gleich einem Winkel α sind, ergibt sich: 2 tan α = l/r. Daraus erhält man tan α = l/2r = l/d, wobei d gleich dem Innendurchmes­ ser der Laufbüchse, dem Außendurchmesser oder einem zwischen Innendurchmesser und Außendurchmesser gelegenen Durchmesser ist und l die jeweils zugehörige Büchsenlänge bezeichnet.

Claims (11)

1. Vorrichtung für die Herstellung eines Motorblocks mit zum Verbund mit Gußmaterial in eine Gießform einbezogenen, jeweils an einem Sitz gehalterten Zylinderlaufbüchsen (5), wobei der Sitz an den Büchsenenden angreifende Sitzflächen (13, 14) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Sitzflächen (13, 14) konisch mit einem Neigungswinkel zur Büch­ senquerschnittsebene derart ausgebildet ist, daß die Büchsenenden bei Wärmeaus­ dehnung der Zylinderlaufbüchsen (5) in Vorbereitung und während des Gießens in Anlage gegen die Sitzflächen (13, 14) verbleiben.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel α1 bzw. α2 der Sitzflächen (13, 14) die Bedingung tan α1 + tan α2 = l/r erfüllt, worin l die sich zwischen Angriffspunkten an den Sitzflächen (13, 14) erstreckende Büchsenlänge und r den zugehörigen Radius bezeichnen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkel α1 und α2 gleich groß sind, so daß gilt: tan α1 = l/d, worin d einen zur Büchsenlänge l zugehörigen Durchmesser bezeichnet und α gleich α1 oder α2 ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderlaufbüchsen entsprechend den Sitzflächen (13, 14) geneigte konische Endflächen aufweisen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Endflächen unter Bildung einer durch das Gußmaterial ausfüllbaren Ringhinter­ schneidung über die Sitzflächen hinaus vorstehen.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gußmaterial Aluminium oder eine Aluminiumlegierung ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Büchsenmaterial Grauguß, Aluminium oder eine Aluminiumlegierung ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderlaufbüchsen außenseitig profiliert sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderlaufbüchsen außenseitig eine Beschichtung zur Herstellung einer metalli­ schen Verbindung zwischen den Laufbüchsen und dem Gußmaterial aufweist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung AlSi5, AlSi9 oder/und Zn aufweist.

11. Verfahren für die Herstellung eines Motorblocks, wobei zum Verbund mit Gußmaterial in eine Gießform für den Motorblock Zylinderlaufbüchsen (5) einbezogen, an einem Sitz gehaltert und an den Büchsenenden angreifende Sitzflächen gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Sitzflächen (13, 14) konisch mit einem Neigungswinkel zur Büch­ senquerschnittsebene derart ausgebildet wird, daß die Büchsenenden bei Wärmeaus­ dehnung der Zylinderlaufbüchsen (5) in Vorbereitung und während des Gießens in Anlage gegen die Sitzflächen verbleiben.