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Die Erfindung betrifft ein Gussteil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Gussteils, eine Kernspange sowie einen Kern.
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Moderne Verbrennungsmotoren für Kraftfahrzeuge zeichnen sich durch ein erhöhtes Leistungspotential, besseren Komfort, erhöhte Robustheit und verbesserte Wartungsfreundlichkeit aus. Dies bedingt zwangsweise ein bestimmtes zumeist komplexeres Design eines Zylinderkurbelgehäuses, wobei eine kompakte und leichtgewichtige Bauart im Vordergrund steht. Die Entwicklung geht hierbei insgesamt dahin, dass derartige Zylinderkurbelgehäuse mit zunehmend dünneren Wandstärken ausgelegt werden, nämlich mit Nominal-Wandstärken bis zu derzeit 3,0 mm. Insbesondere die Zylinderstege zwischen den Zylinderbohrungen werden immer schmäler ausgelegt. Dadurch wird es aber immer schwieriger, für eine entsprechende Kühlung zwischen den Zylindern, insbesondere im oberen Totpunktbereich der Zylinder zu sorgen. Ohne ausreichende Kühlung kann allerdings im Motorbetrieb eine Überhitzung des Ölfilms stattfinden, was einen erhöhten Ölverbrauch zur Folge hat und auch zu verschlechterten Abgaswerten führt.
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Bis dato werden die Kühlkanäle insbesondere im Stegbereich zwischen den Zylindern entweder durch Kreuzbohrungen zwischen den Zylindern eingebracht oder durch das Einbringen, insbesondere Sägen, von Schlitzen bei einer Open-Deck-Bauweise eines Verbrennungsmotors. Mit herkömmlichen Wassermantelkernen lassen sich schmale Kühlpassagen insbesondere in den Stegbereichen zwischen den Zylindern nicht mehr einwandfrei formen, da derartige Kerne eine Mindestschlitzbreite aufweisen. Ferner ist der Einsatz von Glaskernen bekannt, um bestimmte Bereiche hohl zu gießen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, Maßnahmen zu schaffen, die die Herstellung von sehr schmalen Kanälen in Gussteilen in fertigungstechnisch einfacher, sicherer und einwandfreier Weise ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für ein Gussteil durch die Maßnahmen des Anspruchs 1 gelöst, wobei zweckmäßige Weiterbildungen durch die Maßnahmen der Ansprüche 2 bis 12 gekennzeichnet sind.
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Nach Maßgabe der Erfindung wird für die Bildung eines dünnen Kanals eine als Steckteil bzw. als Einsatzteil ausgebildete Kernspange verwendet, die als Hohlkörper ausgebildet ist und als separates Bauteil den Kanal im fertigen Gussteil bildet. Hierzu ist die Kernspange rund um geschlossen, jedoch an den beiden Stirnseiten für die Durchströmung offen. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Kernspange zwei gegenüberliegende Längswände auf, die am oberen und unteren Ende durch schmale Stege geschlossen sind. An den beiden Stirnseiten ist die Kernspange vorteilhafterweise jeweils als Steckteil ausgebildet.
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In zweckmäßiger Weise ist das Steckteil durch zwei beabstandete Steckflansche gebildet. Dadurch können die Kernspangen auf einen Kern bzw. Kernelemente gesteckt werden. Hierzu ist es zweckmäßig, wenn die Steckflansche sich nach außen hin von der offenen Stirnseite der Kernspange aufweiten, was insbesondere für die Formung von Kühlkanälen in Zylinderstegen zweckmäßig ist, weil dann die Steckteile die entsprechenden Kernzwickel übergreifen können bzw. dort aufgesteckt werden können.
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Zur Stabilisierung können in der Kernspange Sicken vorgesehen sein. Zweckmäßig sind diese Sicken in mindestens einer Längswand ausgeformt, wobei in weiterer Fortbildung der Boden der Sicken an der gegenüberliegenden Längswand anliegt. Dadurch wird eine entsprechende Druckstabilität gegenüber der Gießschmelze während des Gießvorgangs erreicht. Wahlweise oder zusätzlich kann vor dem Gießvorgang der Hohlkörper der Kernspange auch mit Granulaten, insbesondere Sand, gefüllt werden, der nach dem Gießvorgang aus dem Gussteil wieder herausrieseln kann.
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Die Kernspangen eigenen sich insbesondere in Zusammenwirkung mit Wassermantelkernen für die Bildung von Kühlkanälen in schmalen Zylinderstegen von Verbrennungsmotoren, wobei mit den Kernspangen sich Kanaldicken von weniger als 0,5 mm bis zu einer Dicke von 0,1 mm hin erzeugen lassen.
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Die Kernspange kann in einfacher Weise aus einem Biegestanzzuschnitt durch einen Biegevorgang und damit einstückig hergestellt werden. Zweckmäßigerweise zeichnet sich das Kernspangenmaterial durch eine höhere Wärmeleitfähigkeit als das Gussmaterial aus, vorzugsweise mit einer Wärmeleitfähigkeit ≥ 50%, vorzugsweise ≥ 100%, insbesondere bevorzugt ≥ 300% aus.
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Die Erfindung zeichnet sich ferner durch ein Verfahren zur Herstellung von Gussteilen mit mindestens einem Kanal aus, wobei für die Bildung des Kanals eine Kernspange verwendet wird, welche als Hohlkörper ausgebildet und als Steckteil oder Einsatzteil gebildet ist. Die Kernspange ist nach dem Gießen fest in das Gussteil integriert und damit fest mit dem Gussteil verbunden. Sie stellt somit einen verloren Kernteil dar, der den Kühlkanal begrenzt.
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Die Kernspange zeichnet sich dadurch aus, dass sie an beliebigen Stellen in einfacher Weise platziert werden kann, nämlich einfach durch Einstecken oder Aufsetzen, wobei es auf der Hand liegt, dass die Kernspange sowohl dickenmäßig wie auch längenmäßig bzgl. des Kanals in geeigneter Weise konstruiert und ausgelegt werden kann, was jeweils vom Einsatzzweck abhängig ist. Die Kernspange ist insbesondere für Druckguss, Kokillenguss und Sandguss geeignet und ist für verschiedene Metalllegierungen zur Herstellung eines Gussteils verwendbar, insbesondere Gusseisen mit Vermiculargraphit (GJV), mit Lamellengraphit (GJL) oder mit Kugelgraphit (GJS) sowie Aluminium- und/oder Magnesiumlegierungen verwendbar.
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Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Darin zeigen in rein schematischer Darstellung
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1 eine perspektivische Darstellung einer Kernspange
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2 eine schematische Teilansicht eines Kerns im Bereich zweier zu formender benachbarter Zylinder eines Zylinderkurbelgehäuses mit einem Längsschnitt durch eine Kernspange,
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3 eine Draufsicht auf einen Kern mit mehreren gesteckten Kernspangen,
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4 eine Draufsicht auf einen Biegestanzzuschnitt für die Herstellung der Kernspange sowie
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5 eine Stirnansicht einer aus einem Blechstanzzuschnitt gemäß 4 geformten Kernspange.
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Die in 1 perspektivisch dargestellte Kernspange 1 ist als Hohlkörper ausgebildet und weist zwei gegenüberliegende Längswände 2 und 3 auf, welche zwischen sich einen mit 4 bezeichneten Kanal begrenzen, der insbesondere als Kühlkanal in einem Zylinderblock oder Zylinderkopf, verwendet wird. Am oberen und unteren Ende sind die Längswände 2 und 3 zur Bildung des Hohlkörpers geschlossen und zwar am oberen Ende durch einen Biegefalz 5 und am unteren Ende durch zwei zusammengefügte Flansche 6, die noch näher in Zusammenhang mit den 4 und 5 beschrieben werden.
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Die Kernspange ist an den beiden Stirnseiten zur Bildung des Kühlkanals 4 offen und an den beiden Stirnseiten mit je einem Steckteil 7 versehen. Dieses Steckteil 7 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel an beiden Seiten durch von den Längswänden 2 und 3 in Längsrichtung nach außen vorstehende Steckflansche 8 und 9 gebildet, die sich V-förmig aufweiten, wobei diese Ausführungsform aber keinesfalls zwingend ist. Die Kernspange begrenzt zwischen sich einen als Kühlkanal 4 dienenden Hohlraum mit sehr geringer Dicke und zwar im dargestellten Ausführungsbeispiel mit einer Dicke von 0,4 mm.
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Ferner sind an mindestens der Längswand 2 im dargestellten Ausführungsbeispiel hier kreisrunde Sicken 10 eingeformt, wobei der Boden der Sicken 10 der Längswand 2 an der Innenfläche der gegenüberliegenden Längswand 3 anliegt, so dass sich ein stabiler und steifer Aufbau der Kernspange ergibt, der dem Gießdruck ohne Verformung standhalten kann. Zugleich können die Sicken 10 bei geeigneter Anordnung nicht nur als Abstandshalter für die Druckstabilität während des Gießens dienen, vielmehr können diese auch zur Regulierung der Strömungsrichtung der Kühlflüssigkeit innerhalb des Kanals 4 dienen. 2 zeigt, wiederum in schematischer Ansicht, die Kernspange 1 in gesteckter Stellung, in der sie mit den durch die Steckflansche 8 und 9 gebildeten Steckteile 7 jeweils einen Zwickel eines Kerns 11 umgreift. Zum Gießen wird die Kernspange zusammen mit den Kern und weiteren für die Herstellung eines Zylinderblocks bzw. Zylinderkurbelgehäuses notwendigen Kernen bzw. Kernelementen in der Gießform angeordnet, so dass nach dem Gießvorgang die Kernspange 1 integraler Bestandteil des Gussteils, hier des Zylinderkurbelgehäuses, ist und dadurch ein Kühlkanal mit sehr geringer Dicke bis hinunter zu einer Spaltdicke von etwa 0,1 mm geformt und ggf. auch weniger werden kann. Die Höhe des Verbindungskanals kann natürlich geeignet durch entsprechende Höhe der Längswände gewählt werden, was ebenso die Länge des durch die Kernspange gebildeten Kühlkanals anbelangt. In 2 sind mit den Pfeilen 12 die Strömungsrichtungen des Kühlwassers in dem nach dem Gießen gebildeten Kühlkanal dargestellt.
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3 zeigt wiederum einen Kern in Draufsicht von oben, wobei drei gesteckte Kernspangen vorhanden sind. Diese Kernspangen können entweder mit den Steckteilen von außen her aufgesetzt oder aber mit den Steckflanschen auch in den Kern eingeformte Nuten hintergreifen bzw. dort im Herstellprozess des Kernes mit eingeformt werden. Wie 3 zeigt, können somit Kühlkanäle an unterschiedlichsten Stellen, insbesondere dünnwandigen Stegbereichen zwischen Zylinderkopfbohrungen platziert werden, so dass sich selbst in sehr dünnwandigen Stegbereichen in einfacher Weise entsprechend dünne, d. h. mit geringer Spaltdicke, ausgelegte Kühlkanäle realisieren lassen.
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4 zeigt einen Stanzzuschnitt aus Blech zur Bildung der Kernspange. Der Stanzzuschnitt weist zwei Rechteckbereiche 14 und 15 auf, welche die Längswände 2 und 3 bilden und am mittigen Bereich randseitig Stanznuten 16 aufweisen, wobei die Biege- und Kantlinie mit 17 bezeichnet ist. An den freiliegenden Rechteckseiten sind nach außen vorstehende Flansche 6 sowie 8 und 9 angeformt, die sich im dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils über die gesamte Höhe und Länge der Längswände 2 und 3 bzw. der Rechteckbereiche 14 und 15 erstrecken und die den stirnseitigen Flansch 6, der aus 5 hervorgeht bzw. die aus 1 ersichtlichen Steckflansche 8 und 9 bilden. Mit strichlierten Linien sind hierbei die Biegekanten dargestellt.
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Aus der Darstellung gemäß 5 ergibt sich der dünne Kühlkanal 4 mit geeigneter Höhe. Die Steckflansche 8 und 9 sowie die durch Biegen längs der mittigen Kantlinie 17 geformte Wulst 18, die in Verbindung mit den, durch Schweißen, Löten oder Umfalzen, zusammengefügten Flanschen 6 die Hohlkammer bzw. den Kanal oben und unten begrenzen.
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Anstelle und/oder in Verbindung mit entsprechenden Sicken kann für die Erzielung der Druckstabilität der Kernspange beim Gießvorgang der Hohlraum zwischen den Längswänden auch mit Granulat aus Kernsand gefüllt werden, wobei sich dieser Kernsand nach dem Gießvorgang dann in der üblichen Weise entfernen lässt.
