DE19904971A1 - Verfahren und Vorrichtung für die Herstellung von Motorblöcken - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung für die Herstellung von MotorblöckenInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Herstellung von Motorblöcken mit einer Gießform, in welcher unter Einbindung in einem Motorblock (1) zu umgießende Zylinderlaufbuchsen (3) jeweils auf einen Kokillendorn (4) aufgesteckt sind, sowie ein entsprechendes Herstellungsverfahren. Gemäß der Erfindung werden die aufgesteckte Zylinderlaufbuchse und der Kokillendorn in ihrem Wärmeausdehnungsverhalten derart aufeinander abgestimmt, daß die Zylinderlaufbuchse auf dem Kokillendorn wenigstens während der Erstarrungsphase des Gußmaterials spielfrei aufsitzt. Vorteilhaft erfolgt durch die Dorne eine genaue Zentrierung der Zylinderlaufbuchsen, wobei insbesondere Schieflagen der Buchsen im Motorblock vermieden werden.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Herstellung von Motorblöcken mit einer Gieß
form, in welcher unter Einbindung in einen Motorblock zu umgießende Zylinderlaufbuchsen
jeweils auf einen Kokillendorn aufgesteckt sind, sowie ein entsprechendes Herstellungsver
fahren.
Eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art und ein entsprechendes Verfahren sind aus
der DE-OS 28 54 958 bekannt. Mit Hilfe dieser bekannten Vorrichtung bzw. nach diesem
bekannten Verfahren werden Aluminiumzylinderblöcke hergestellt, wobei die Zylinderlauf
buchsen aus einer verschleißfesten Aluminiumlegierung bestehen, z. B. einer übereutekti
schen Aluminiumsiliziumlegierung, während als Gußmaterial für den Motorblock eine weni
ger verschleißfeste, aber dafür leichter zu bearbeitende Aluminiumlegierung verwendet
wird. In der genannten Offenlegungsschrift ist angegeben, daß zur Erzielung eines gleich
mäßigen Gusses eine ausreichende Wärmeabfuhr an der Buchse während des Umgießens
gewährleistet sein muß. Diese Wärmeabfuhr erfolgt durch Kontakt der Zylinderlaufbuchse mit
dem in ihr steckenden Kokillendorn, der zweckmäßig aus Metall besteht. Bei nicht häufig
aufeinanderfolgenden Gießvorgängen kann die Wärmekapazität des Kokillendorns zur
Abfuhr der Wärme ausreichen. Bei schneller Taktfolge ist zusätzlich durch Wasser- oder
Preßluftkühlung des Kokillendorns Wärme abzuführen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue Vorrichtung bzw. ein
neues Verfahren der eingangs erwähnten Art zu schaffen, durch welche bzw. welches die
Fertigungsgenauigkeit bei der Herstellung von Motorblöcken weiter erhöht werden kann.
Gemäß der Erfindung werden die aufgesteckte Zylinderlaufbuchse und der Kokillendorn in
ihrem Wärmeausdehnungsverhalten derart aufeinander abgestimmt, daß die Zylinderlauf
buchse auf dem Kokillendorn wenigstens während der Erstarrungsphase des Gußmaterials
spielfrei aufsitzt.
Durch diese Erfindungslösung läßt sich eine hochgenaue Positionierung der Zylinderlauf
buchsen innerhalb des Motorblocks erreichen. Insbesondere können durch die Zentrierwir
kung der spielfrei in den Zylinderlaufbuchsen steckenden Kokillendorne Schieflagen der
Zylinderlaufbuchsen im Motorblock vermieden werden.
Vorzugsweise sind das Wärmeausdehnungsverhalten von Zylinderlaufbuchse und Kokillen
dorn ferner derart aufeinander abgestimmt, daß die Zylinderlaufbuchsen auf dem Kokillen
dorn nicht nur spielfrei sondern auch spannungsfrei aufsitzen. Damit lassen sich Spannungen
im erstarrten Motorblock vermeiden, die entstehen, wenn die Zylinderlaufbuchsen im
gedehnten Zustand mit dem erstarrten Gußmaterial verbunden würden.
Wenn der Wärmeausdehnungskoeffizient des Kokillenmaterials größer als derjenige des
Laufbuchsenmaterials ist, treten, bei gegebener Spannungsfreiheit während der Erstarrungs
phase, Spannungen bei Temperaturen oberhalb der Schmelztemperatur auf, was im Hin
blick auf die Abstützung der Laufbuchsen vorteilhaft ist. Wenn der Wärmeausdehnungs
koeffizient des Kokillenmaterials geringer als der Wärmeausdehnungskoeffizient des Buch
senmaterials ist, ergeben sich Spannungen der Zylinderlaufbuchse unterhalb der Schmelz-/Er
starrungstemperatur des Gußmaterials, was zu Schwierigkeiten bei der Entfernung führen
kann.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die Zylinderlauf
buchse und der Kokillendorn Materialien auf, die in ihrem Wärmeausdehnungskoeffizienten
einander angenähert, insbesondere angeglichen sind. Durch diese Maßnahme läßt sich ein
spannungs- und dehnungsfreier Zustand der Zylinderlaufbuchse nicht nur während der
Erstarrungsphase des Gußmaterials erreichen, sondern auch dann, wenn die Temperatur
von Zylinderlaufbuchse und Kokillendorn oberhalb und unterhalb der Schmelztemperatur
bzw. Erstarrungstemperatur des Gußmaterials liegt.
Eine geringe Spannung, mit welcher die Zylinderlaufbuchse auf dem Kokillendorn aufsitzt,
kann jedoch von Vorteil sein, um in jeder Phase des Gießvorgangs für einen sicheren Halt
der Zylinderlaufbuchsen auf den Kokillendornen zu sorgen. Eine solche geringfügige Span
nung kann einerseits dadurch erzeugt werden, daß der Innendurchmesser der Zylinderlauf
buchsen etwas geringer gewählt ist, als der Außendurchmesser des Kokillendorns, wobei die
Zylinderlaufbuchsen auf die Dome im vorgewärmten Zustand leicht aufsteckbar sind, so daß
nach Temperaturausgleich ein leichter Preßsitz gebildet ist. Ein solcher Preßsitz kann jedoch
auch dadurch erzeugt werden, daß entsprechend einer weiteren bevorzugten Ausführungs
form der Erfindung der Wärmeausdehnungskoeffizient des Kokillenmaterials geringfügig
größer als der Wärmeausdehnungskoeffizient des Buchsenmaterials gewählt ist. Vorteilhaft
kann in diesem Fall im abgekühlten Zustand die Zylinderlaufbuchse unter Gewährleistung
leichter Entformbarkeit spannungsfrei auf dem Kokillendorn aufsitzen, während bei den
höchsten, während des Gießvorgangs auftretenden Temperaturen der Zylinderlaufbuchse
und des Kokillendorns die maximale Spannung und damit eine sichere Stützung der Zylinder
laufbüchse durch den Kokillendorn gegeben ist.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung steht der Kokillendorn wenigstens bis
zum Ende der Erstarrungsphase des Gußmaterials in Wärmekontakt zur gesamten Innen
fläche der Zylinderlaufbuchse. Damit steht die größtmögliche Wärmeübergangsfläche zwi
schen Zylinderlaufbuchse und Kokillendorn zur Verfügung. Insbesondere können die Aus
gangstemperatur des Gußmaterials und die Ableitung von Wärme aus der Zylinderlauf
buchse durch den Kokillendorn so bemessen sein, daß ein Schmelzen von Buchsenmaterial
über eine gewünschte Oberflächenanschmelzung zur Bildung einer Stoffschlußverbindung
zum Gußmaterial hinaus vermieden ist.
Als gut wärmeleitendes Kokillenmaterials kommt vorzugsweise ein Metall, insbesondere Mes
sing in Betracht, wobei Messing im Ausdehnungskoeffizienten weitgehend dem als Buch
senmaterial verwendbaren übereutektischen Aluminiumsiliziumlegierungen angeglichen ist.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Zylinderlaufbuchse über den
Kokillendorn zur Verminderung der Temperaturdifferenz zwischen Zylinderlaufbuchse und
Gußmaterial vorheizbar. Vorteilhaft lassen sich durch eine solche Vorheizung Beeinträchti
gungen der Bindung zwischen der Zylinderlaufbuchse und dem angrenzenden Gußmaterial
vermeiden, welche bei größeren Temperaturdifferenzen zwischen Gußmaterial und Zylinder
laufbuchse auftreten können.
In Betracht kommt z. B. eine induktive Heizung, wobei der Kokillendorn vorzugsweise hohl
zylindrisch ausgebildet und ein entsprechendes Heizelement in den Hohlzylinder ein- und
aus dem Hohlzylinder ausfahrbar ist, in dem hohlzylindrischen Kokillendorn, dessen Mantel
dicke entsprechend der erforderlichen Wärmekapazität und entsprechend den Erfordernis
sen der Ausbildung von Wirbelströmen bemessen ist, kommt es zu einer gleichmäßigen Auf
heizung sowohl des Kokillenmantels als auch der darauf aufsitzenden Zylinderlaufbuchse,
die damit gleichmäßig unter Vermeidung lokaler Überhitzungen auf die gewünschte Aus
gangstemperatur für den Gießvorgang aufgeheizt werden kann.
Die Vorheizung ist derart steuerbar, daß einerseits Kaltlauferscheinungen beim Gießen ver
mieden werden, andererseits genügend Wärme abgeleitet wird, so daß ein Schmelzen der
Zylinderlaufbuchsen auf deren dem Gußmaterial zugewandten Oberfläche beschränkt
bleibt.
Die Erfindung soll nun anhand eines Ausführungsbeispiels und der beiliegenden, sich auf
dieses Ausführungsbeispiel beziehenden Zeichnung weiter erläutert werden.
In der Zeichnung ist mit dem Bezugszeichen 1 ein durch Gießen gebildeter Motorblock
bezeichnet. Der in einem Querschnitt unter Hervorhebung durch weite Schraffur dargestellte
Motorblock besteht aus einer Aluminiumlegierung. Mit dem Bezugszeichen 2 ist ein die jewei
ligen Zylinder des Motorblocks 1 umgebender Kühlmantel bezeichnet. In den Motorblock 1
sind Zylinderlaufbuchsen 3 durch Umgießen mit Gußmaterial eingebunden. Die Zylinderlauf
buchsen bestehen in dem gezeigten Ausführungsbeispiel aus einer übereutektischen Alumi
niumsiliziumlegierung, die sich in ihrer Verschleißfestigkeit von der zur Bildung des übrigen
Motorblocks verwendeten Aluminiumlegierung unterscheidet.
Die Zylinderlaufbuchsen 3 sitzen mit ihrer gesamten Innenfläche jeweils auf einem hohlzylin
drischen Kokillendorn 4 auf, welcher Bestandteil einer im übrigen nicht gezeigten Gießform
für den Motorblock 1 ist. Soweit die Gießform nicht gezeigt ist, handelt es sich in dem
beschriebenen Ausführungsbeispiel um eine Sandgießform.
Der hohlzylindrische Kokillendorn 4 besteht im vorliegenden Fall aus Messing und weist mit
20 × 10-6/K einen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, welcher dem Wärmeausdehnungs
koeffizienten der übereutektischen Aluminiumsiliziumlegierung der Zylinderlaufbuchsen 3
angenähert ist, welcher 19-20 × 10-6/K beträgt.
Die hohlzylindrischen Kokillendorne 4 haben eine Manteldicke von 10 mm, während die
Manteldicke der Zylinderlaufbuchsen 3 ca. 5 mm beträgt.
Der Kokillendorn kann auch aus einer Aluminiumlegierung bestehen, die einen Wärmeaus
dehnungskoeffizienten von ca. 20 × 10-6/K aufweist.
Mit dem Bezugszeichen 5 ist eine Induktionsheizeinrichtung für die Erzeugung von Wirbelheiz
strömen in dem Kokillendorn 4 und der Zylinderlaufbuchse 3 bezeichnet. Entsprechend
einem Pfeil 6 ist das stabförmig ausgebildete Heizelement 5 in den hohlzylindrischen Kokil
lendorn 4 ein- und aus diesem ausfahrbar. Jeder Zylinderlaufbuchse 3 bzw. jedem Kokillen
dorn 4 ist ein solches Heizelement 5 zugeordnet.
Der Innendurchmesser jeder Zylinderlaufbuchse 3 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel
geringfügig kleiner als der Außendurchmesser des zugehörigen Kokillendorns 4.
Zur Herstellung eines Motorblocks wird die erwähnte Gießform aus verschiedenen Teilen
zusammengesetzt, wobei die Zylinderlaufbuchsen 3 auf ihren jeweiligen Kokillendorn 4 auf
gesteckt werden. Das Aufstecken der Zylinderlaufbuchsen 3 auf die Kokillendorne 4 erfolgt
im vorgewärmten Zustand der Zylinderlaufbuchsen, um den erwähnten Unterschied zwi
schen dem Innendurchmesser der Zylinderlaufbuchsen und Außendurchmesser der Kokillen
dorne auszugleichen. Nach dem Temperaturausgleich ist zwischen den Zylinderlaufbuchsen
3 und den Kokillendornen 4 so ein leichter Preßsitz gebildet, durch den der Halt der
Zylinderlaufbuchsen 3 auf ihren Kokillendornen 4 während der Montage der Gießform
gesichert ist.
Nach der Zusammensetzung der Gießform werden die stabförmigen Heizelemente 5 in die
Kokillendorne 4 eingefahren, und es erfolgt eine Vorheizung, bei welcher die Zylinderlauf
buchsen 3 über die Kokillendorne 4 gleichmäßig auf eine Temperatur von ca. 200°C aufge
heizt werden.
Nach erreichter Vorheiztemperatur erfolgt das Eingießen von Gußmaterial in die Gießform,
wobei die Zylinderlaufbuchsen 3, die selbst einen unmittelbar mit dem Gußmaterial in Berüh
rung kommenden Bestandteil der Gießform bilden, umgossen werden. Die Ausgangstempe
ratur des Gußmaterials beträgt in dem gezeigten Ausführungsbeispiel 700°C.
Durch die Kokillendorne 4 ist trotz der Vorheizung eine ausreichende Wärmeableitung aus
den Zylinderlaufbuchsen 3 gesichert, so daß es nicht in schädlichem Umfang zum Schmel
zen von Buchsenmaterial kommen kann, dessen Schmelztemperatur niedriger als die Tem
peratur des damit in Kontakt stehenden, noch flüssigen Gußmaterials liegt.
Durch die Vorheizung ist gewährleistet, daß sich das Gußmaterial an der Oberfläche der
Zylinderlaufbuchsen 3 nicht zu schnell abkühlt, was zu einer Beeinträchtigung der Bindung
zwischen dem Gußmaterial und den Laufbuchsen nach Erstarrung des Gußmaterials führen
kann.
Durch die hohe Wärmeleitfähigkeit sowohl des Buchsenmaterials als auch des Materials des
Kokillendorns kommt es zu einem schnellen Temperaturausgleich, so daß selbst unmittelbar
beim Eingießen von Gußmaterial, aber vor allem während der darauf folgenden Abkühl
phase gesichert ist, daß die Zylinderlaufbuchsen 3 stets ohne Spiel und dazu nahezu span
nungsfrei auf den Kokillendornen 4 aufsitzen. So kann es weder zu einer Verformung der
Zylinderlaufbuchsen 3 noch zu einer Abweichung der Zylinderlaufbuchsen 3 von der
gewünschten Lage innerhalb des Motorblocks kommen. Insbesondere während der Erstar
rungsphase des Gußmaterials, in der die Einbindung der Zylinderlaufbuchsen 3 in den
Motorblock 1 abgeschlossen wird, sind die Zylinderlaufbuchsen genau in der gewünschten
Position ausgerichtet.
Schließlich ist durch die einander angeglichenen Wärmeausdehnungskoeffizienten des
Buchsen- und Kokillenmaterials gesichert, daß das auch nach der Abkühlung, abgesehen
von dem bewußt erzeugten leichten Preßsitz, die Zylinderlaufbuchse nahezu spannungsfrei
auf dem Kokillendorn aufsitzt und so problemlos eine Entformung erfolgen kann.
Claims (14)
1. Vorrichtung für die Herstellung von Motorblöcken mit einer Gießform, in welcher unter
Einbindung in einen Motorblock (1) zu umgießende Zylinderlaufbuchsen (3) jeweils auf
einen Kokillendorn, (4) aufgesteckt sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß die aufgesteckte Zylinderlaufbuchse (3) und der Kokillendorn (4) in ihrem Wärme
dehnungsverhalten derart aufeinander abgestimmt sind, daß die Zylinderlaufbuchse (3)
auf dem Kokillendorn (4) wenigstens während der Erstarrungsphase des Gußmaterials
spielfrei aufsitzt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zylinderlaufbuchse (3) auf dem Kokillendorn (4) spielfrei aber dennoch span
nungsfrei aufsitzt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zylinderlaufbuchse (3) und der Kokillendorn (4) Materialien aufweisen, die in
ihrem Wärmeausdehnungskoeffizienten einander angenähert, insbesondere ange
glichen, sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Wärmeausdehnungskoeffizient des Kokillenmaterials geringfügig größer als der
Wärmeausdehnungskoeffizient des Buchsenmaterials ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Kokillendorn (4) wenigstens bis zum Abschluß der Erstarrung des Gußmaterials in
Wärmeleitkontakt zur gesamten Innenfläche der Zylinderlaufbuchse (3) steht.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ausgangstemperatur des Gußmaterials und die Ableitung von Wärme aus der
Zylinderlaufbuchse (3) durch den Kokillendorn (4) so bemessen sind, daß, abgesehen
von einer Oberflächenanschmelzung zur Herstellung einer Stoffschlußverbindung zwi
schen der Zylinderlaufbuchse und dem Gußmaterial, ein Schmelzen von Buchsenmate
rial vermieden ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Kokillenmaterial ein Metall, insbesondere Messing, vorgesehen ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zylinderlaufbuchse (3) über den Kokillendorn (4) zur Verminderung der Tempe
raturdifferenz zwischen dem Gußmaterial und der Zylinderlaufbuchse (3) vorheizbar ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine induktive Vorheizung vorgesehen ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Kokillendorn (4) einen Hohlzylinder umfaßt.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß in den Hohlzylinder ein Heizelement einfahrbar ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zylinderlaufbuchsen und das Gußmaterial aus unterschiedlichen Aluminium
legierungen bestehen.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Gießform Elemente einer Sandform umfaßt.
14. Verfahren zum Herstellen von Motorblöcken, bei dem in einen Motorblock (1) einzubin
dende Zylinderlaufbuchsen (3) jeweils auf einen Kokillendorn (4) einer Gießform zum
Umgießen der Zylinderlaufbuchsen aufgesteckt werden,
dadurch gekennzeichnet,
daß die aufgesteckte Zylinderlaufbuchse und der Kokillendorn in ihrem Ausdehnungs
verhalten derart aufeinander abgestimmt werden, daß die Zylinderlaufbuchse auf dem
Kokillendorn wenigstens während der Erstarrungsphase des Gußmaterials spielfrei auf
sitzt.
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EP (1) | EP1025935A1 (de) |
DE (1) | DE19904971A1 (de) |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |