DE3707256C1 - Core for the casting of grey cast iron cylinder blocks - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kern gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Für die Herstellung von Zylinderblöcken aus Grauguß für Hub­ kolben-Brennkraftmaschinen, welche jeweils mit einem die Zylinder der Brennkraftmaschine umgebenden Kühlwasserman­ tel versehen sind, werden unter Verwendung von aus Sand, insbesondere Croningsand, oder andere geeignete Stoffe geformten Kernen hergestellt. Im wesentlichen benötigt man hierbei einen Sohlenkern zur Ausbildung des Kopfplat­ tenbereiches und der Zylindermäntel sowie einen Wasserman­ telkern zur Ausbildung der Hohlräume für die Zirkulierung des Kühlwassers. Aus Gründen der Entformung des Kernes aus der Kernsandform aber auch aus Gründen der Herstellung der zumeist kompliziert aufgebauten Kerne werden bislang der Sohlenkern und der Wassermantelkern separat in Kernsandfor­ men erstellt und vor dem Gießen des Zylinderblockes auf einer geeigneten Vorrichtung zusammengesetzt. Hierzu sind im Wassermantelkern sogenannte Kernfüße ausgebildet, die im Vergleich zu den übrigen Wassermantelquerschnittsabmessungen vergleichsweise schmal sind. Zur Aufnahme des Wassermantel­ kernes sind auf der Unterseite des Sohlenkernes entsprechende Aussparungen ausgebildet, in die die Kernfüße des Wassermantel­ kernes eingreifen. Nach dem Zusammenstecken der beiden Kern­ teile, werden diese durch Kleben, Nageln oder Verschrauben fest miteinander verbunden. Abgesehen davon, daß infolge der mehreren Arbeitsvorgänge diese Handhabung mit einem fertigungs­ technischen Kehraufwand und auch mit übermäßiger Zeit verbunden ist, bedarf es zudem auch gesonderter Kernsandformen und damit Vorrichtungen, um beide Kernteile separat herzustellen und dann auch zusammenzusetzen. Ein besonderes Problem besteht allerdings darin, daß sich aufgrund der erforderlichen Toleranzen in allen Richtungen trotz der Befestigung durch Kleben, Nageln oder Ver­ schrauben keine ausreichend befriedigende Stabilität ergibt, vielmehr ein relativ großer Ausschuß aufgrund Maßungenauigkeiten bei der Produktion entsteht. Ferner ist bei derartigen Kernen die Wassermanteldehnung nur schwer beeinflußbar. Auch kommt es aufgrund der Anordnung des Wassermantelkernes über Kernfüße im Sohlenkern häufig zu Wanddickenverschiebungen und Füßchenbruch, was wiederum einen Ausschuß des hergestellten Zylinderblockes zufolge hat.

Aufgabe der Erfindung ist es, hier Abhilfe zu schaffen und einen Kern für die Herstellung eines mit einem Wassermantel versehenen Zylinderblockes zu schaffen, der eine ausreichende Stabilität gewährleistet und fertigungstechnisch ohne großen Aufwand herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnen­ den Teil des Patentanspruches 1 enthaltenen Merkmale gelöst.

Nach Maßgabe der Erfindung sind der Wassermantelkern und der Sohlenkern einstückig miteinander ausgebildet. Nach einer bevorzugten Ausgestaltung erfolgt die einstückige Verbindung der beiden Kernteile über vertikale Kernstege des Wasser­ mantelkernes. Der Gesamtkern läßt sich somit in einem Ar­ beitsvorgang und in einer Kernsandform herstellen, wodurch der maschinentechnische Aufwand sich reduziert. Auch werden die Kontagevorgänge zum Zusammensetzen der Kernteile, wie bislang erforderlich, entbehrlich. Wanddickenverschiebungen und Füßchenbruch fallen weg. Maßungenauigkeiten werden weitgehend vermieden, weil aufgrund der einstückigen Her­ stellung ein außerordentlich stabiler Verbund beider Kern­ teile erzielt wird. Hierbei ist bedeutsam, daß die bisherige Gefahr einer Verschiebung von Wassermantel und Sohle zuein­ ander ausgeschlossen ist. Gegenüber den bisherigen Systemen entfällt auch der Verbindungsvorgang der Kernteile durch Nageln oder Schrauben bzw. Kleben. Neben der Minimierung der Lagetoleranzen und dem Wegfall des Spiels bei zweiteiliger Herstellung von Wassermantel und Sohle ergeben sich auch gute Möglichkeiten zum Setzen von Kernstützen für den Gieß­ vorgang.

Der Kern ist hierbei so ausgebildet, daß eine Entformung von seinen beiden Längsseiten her möglich ist. Dies erfordert, daß die vertikalen Stege und der zur Bildung eines Ringkanales verwendete querverlaufende Steg so geformt sind, daß ein Ab­ ziehen der Form senkrecht zur Längsmittelebene gewährleistet ist.

Nach der Erfindung wird der Wassermantelkern im wesentlichen durch vertikale Stege gebildet, die zugleich der einstückigen Anbindung des Wassermantelkernes mit dem Sohlenkern dienen. Ferner sind diese vertikalen Stege durch einen querverlaufen­ den Steg zur Ausbildung eines Längskanales miteinander ver­ bunden, durch den dann das Kühlwasser mit den durch die ver­ tikalen Stege hergestellten Hohlräumen kommuniziert. Die ver­ tikalen Kernstege sind hierbei durch längsverlaufende Öffnungen voneinander getrennt, wodurch Rippen oder Noppen und dgl. an­ dere geometrische Formen im fertig hergestellten Zylinderblock ausgebildet werden, welche sich zwischen den Zylindermänteln und den Längswänden bzw. Stirnwänden des Zylinderblockes er­ strecken und zur Abstützung der Zylinderrohre dienen und damit zu einer wesentlichen Stabilisierung des Zylinderblockes bei­ tragen. Hierbei ist es möglich diese Stützelemente, die in ihrer Form beliebig ausgebildet sein können, an jedem belie­ bigen Punkt des Zylinderrohrumfanges zu plazieren. Diese ra­ dialen Rippen können auch dadurch gebildet werden, daß in den vertikalen Stegen selbst entsprechende längsverlaufende Öffnun­ gen vorgesehen sind. Die jedem Zylinder bzw. jeder Zylinder­ buchse des Sohlenkernes zugeordneten Öffnungen für die Aus­ bildung der Rippen sind vorzugsweise mit gleichmäßigem Um­ fangsabstand zueinander angeordnet, um gleichbleibende Ver­ hältnisse zu gewährleisten. Durch diese Abstützmöglichkeiten lassen sich die Zylinderrohre aufgrund der individuellen Aus­ bildung einzelner Bereiche besonders gut kühlen.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind vertikale Kernstege, deren Außenflächen im wesentlichen in derselben Ebene parallel zur Längsmittelebene liegen und die praktisch die Längshälften des Kühlwassermantels ausbilden, selbst mit einer Öffnung versehen und sind die weiter innen liegenden radialen Rippen durch gegenüber diesen Kernstegen nach innen zur Längsmittelebene versetzte Kernstege gebildet, die mit den anderen Kernstegen zwischen sich entsprechende Längsöffnungen bilden. Dadurch ist eine Bildung der radialen Rippen ohne irgendwelche Hinterschneidungen und damit den Einsatz von Sonderkernen möglich, vielmehr läßt diese Bau­ weise das Abziehen der Form von der Formlängshälfte zu.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß aufgrund der Einstückigkeit die Wassermanteldehnung minimiert wird. Mit dem Kern lassen sich auch filigrane Partien im Mittelbereich des Wassermantels ausbilden. Ferner entfallen die bisher er­ forderlichen Konizitäten an den Zylinderrohren, Außenwänden und Kopfplattendurchtritten.

Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindungen sind durch die im kennzeichnenden Teil der Unteransprüche enthaltenen Merkmale gegeben.

Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Er­ findung anhand der Zeichen beschrieben. Darin zeigen

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Kernes,

Fig. 2 einen Schnitt längs Linie C-D in Fig. 1,

Fig. 3 eine Seitenansicht des in den Fig. 1 und 2 dargestellten Kernes, jedoch ohne Zylinder­ buchsen,

Fig. 4 eine Ansicht des Kernes von der Sohle her,

Fig. 5 eine Schnittansicht längs der Linie G-H in Fig. 2,

Fig. 8 eine Schnittansicht längs Linie E-F in Fig. 2,

Fig. 7 eine Ansicht des Kernes von der Stirnseite her (Ansicht Y in Fig. 2).

Der in den Fig. dargestellte einstückige Kern, der zum Gießen von Zylinderblöcken aus Grauguß verwendet wird, umfaßt einen mit 1 bezeichneten Kernteil zur Bildung der Sohle des Zylinder­ blockes und einen mit 2 bezeichneten Kernteil zur Ausbildung des Wassermantels. Der Sohlenkern 1 umfaßt in üblicher Weise zylindrisch geformte Buchsen 3 zur Ausformung der Zylinder der Brennkraftmaschine.

Da der Sohlenkernteil 1 von seinem Aufbau her im wesentlichen von konventioneller Bauart ist, wird im folgenden der mit dem Sohlenkernbauteil 1 einstückig geformte Wassermantelkernteil 2 näher beschrieben.

Dieser Kernteil 2, im folgenden kurz mit Mantelkern bezeich­ net, setzt sich im wesentlichen aus von der Unterfläche 4 des Sohlenkernes 1 vorstehenden vertikalen, d. h. in Richtung der Zylinderachse verlaufenden Kernstegen 5 zusammen, von denen die Kernstege einer jeden Längshälfte 8 a bzw. 8 b (Fig. 2) untereinander durch einen quer, d. h. normal zur Zylinder­ längsachse verlaufenden Steg 7 verbunden sind. Durch den Steg 7 wird ein Längskanal auf jeder Seite des Zylinderblockes gebil­ det, der die durch die vertikalen Kernstege erzeugten Hohl­ räume zur Zirkulation des Kühlwassers miteinander verbindet.

Wie recht deutlich aus den Fig. 2 und 7 hervorgeht, sind die beiden Längshälften des Wassermantelkernes bzw. Wassermantel an den Stirnwänden des Zylinderblockes über den sich dort fortsetzenden Steg 7 miteinander verbunden. Auch im Bereich der Stirnseiten des Zylinderblockes können vertikale Kernstege gemäß Fig. 7 vorgesehen sein. Die Stege 5, welche vertikale Hohlräume des Wassermantels bilden, besitzen über ihre Länge im wesentlichen gleichbleibende Abmessungen. Sie können aber auch anders ausgebildet sein. Gegenüber konventionellen Kernen, bei denen der Wassermantelkern und der Sohlenkern separat aus­ gebildet sind und der Wassermantelkern über schmale Kernfüße in Aussparungen des Sohlenkernes eingesetzt ist, können die vertikalen Kernstege vergleichsweise breit ausgebildet sein. Damit sind wesentlich günstigere Möglichkeiten hinsichtlich des Entkernens gegeben, insbesondere können gesonderte Kernreinigungsöffnungen entfallen.

Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel nach den Figuren ist in jeder Längshälfte einem jeden Zylinder 3 ein vergleichs­ weise breiter Kernsteg 5 a zugeordnet. In diesem Kernsteg 5 a ist etwa mittig eine als Längsschlitz ausgebildete Öffnung 8 vorgesehen, die radial zum entsprechenden Zylinder 3 läuft. Durch diese Öffnung 8 werden radiale Rippen im Zylinderblock geformt, welche die Zylindermäntel mit den Längswänden des Zylinderblockes verbinden. Die durch die Öffnungen 8 erzeugten Rippen erstrecken sich somit durch den Wassermantel im fertig­ gestellten Zylinderblock. Im übrigen sind die vertikalen Kern­ stege voneinander durch weitere Öffnungen 9 getrennt, durch die gleichfalls radial zu den Zylindern verlaufende und die Zylindermäntel mit den Längswänden des Zylinderblockes ver­ bindende Rippen gebildet werden. Die Öffnungen 9 werden hier­ bei von zwei benachbarten Kernstegen 5 a und 5 b begrenzt, wo­ bei die Kernstege 5 b bezüglich der mit L bezeichneten Längs­ mittelebene (vgl. Fig. 2) nach innen versetzt angeordnet sind. Wie am besten aus Fig. 2 hervorgeht, sind die Seitenflächen der Kernstege 5 a und 5 b im wesentlichen normal zur Längsmit­ telebene L ausgerichtet, so daß eine Entformung des herge­ stellten Kernes von beiden Längsseiten her möglich ist. Selbstverständlich können die Seitenflächen der Kernstege, wie auch andere Kernbereiche schräg verlaufen, wobei die Schräge jedoch so geführt ist, daß keine Hinterschneidung erreicht wird, vielmehr das Abziehen der für die Herstellung der Kerne erforderlichen Formen von beiden Längsseiten her möglich ist. Aufgrund dieser versetzten Anordnung der Kernstege 5 a und 5 b ergibt sich die Ausbildung von Öffnungen 9, die eine radiale Ausbildung von Rippen und gleichwohl das bei der einstücki­ gen Ausführung des Kernes erforderliche Abziehen der Form von den Längsseiten her ermöglicht. Die Öffnungen 8 bzw. 9 ver­ laufen ebenso wie die vertikalen Kernstege 5 a und 5 b in Längs­ richtung der Zylinder. Wie aus Fig. 1 hervorgeht, ist der durch den Wassermantelkern erzeugte Wassermantel in Richtung Zylinder­ kopf möglichst umlaufend offen. Aufgrund der Verbindung der vertikalen Kernstege, die vergleichsweise breit sind, mit dem Sohlekern ergeben sich große kopfseitige Öffnungen, die ein leichtes Entfernen und Putzen des hergestellten Zylinderblockes ermöglichen. Froststopfenöffnungen können aufgrund der Gestal­ tung des Kernes entfallen.

Der im bevorzugten Ausführungsbeispiel umlaufend um den gesamten Zylinderblock ausgebildete querverlaufende Steg 7 ist an den Enden der vertikalen Stege 5 a und 5 b angeordnet und verbindet diese untereinander. Zum Zwecke einer ver­ besserten Zirkulation ist der Steg 7 im wesentlichen wulst­ artig ausgebildet und springt, wie am besten aus den Fig. 5, 6 und 7 hervorgeht, über die Außenfläche der vertikalen Kern­ stege 5 a vor. Im dargestellten Ausführungsbeispiel erstreckt sich der Vorsprung 10 im wesentlichen normal zur Zylinder­ längsachse.

Wie am besten aus Fig. 1 hervorgeht, ist der Wassermantelkern auf der Kurbelraumseite verkürzt, was zur Folge hat, daß der untere Teil der Zylinderrohre des Zylinderblockes nur durch Außenluft gekühlt wird. Die Anordnung des Steges an die vom Sohlenkern entfernten Ende der vertikalen Stege gewährleistet einen bevorzugten Wasserfluß von unten in Richtung des Zylin­ derkopfes.

Der Fig. 2 kann schließlich entnommen werden, daß sich die Außenflächen der vertikalen Kernstege 5 a längs derselben Ebene parallel zur Längsmittelebene des Zylinderblockes er­ strecken, was im übrigen auch für die Außenfläche des Stegs 7 zutrifft, und daß in Draufsicht der durch den Kern erzeugte Ringkanal Rechteckform aufweist, wodurch eine optimale Voraus­ setzung zum Setzen von Kernstützen gegeben ist. Dies trägt erheblich für die Maßgenauigkeit des Zylinderblockes auch im unteren Teil des Zylinderblockes bei.

Claims (14)

1. Kern zur gießtechnischen Herstellung von Zylinderblöcken aus Grauguß für Hubkolben-Brennkraftmaschinen, welcher mit einem sich zwischen den Zylindern und den diese umgebenden Zylinderblocklängs- und -querwänden erstreckenden Wasser­ mantel versehen ist, mit einem Kernteil für die Bildung des Wassermantels und einem Kernteil für die Bildung der Sohle des Zylinderblockes, dadurch gekennzeichnet, daß der Kernteil (2) für den Wassermantel und der Kernteil (1) für die Sohle als ein einstückiger Kern geformt sind.

2. Kern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenseite des Kernes so gebildet ist, daß der Kern (1, 2) von seinen beiden Längsseiten her entformbar ist.

3. Kern nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wassermantelkern (2) im wesentlichen durch vertikale, in Zylinderlängsrichtung verlaufende Kernstege (5 a, 5 b) gebildet ist, und daß die vertikalen Kernstege (5 a, 5 b) einer jeden Längshälfte untereinander durch einen sich über mindestens die gesamte Längshälfte erstreckenden, querverlaufenden Steg (7) zur Ausformung eines Längskanals verbunden sind.

4. Kern nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die querverlaufenden Stege (7) beider Längshälften untereinander an den Stirnseiten durch entsprechende quer zur Zylinderachse verlaufende Stege verbunden sind.

5. Kern nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wassermantelkern (2) an der Stirnseite vertikale, in Zylinderlängsrichtung verlaufende Kernstege aufweist.

6. Kern nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wassermantelkern (2) über seine vertikalen Kern­ stege (5 a, 5 b) einstückig mit dem Sohlenkern (1) verbunden ist.

7. Kern nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder vertikale Kernsteg (5 a, 5 b) sich von der Unter­ fläche des Sohlenkernes weg erstreckt und über seine wesentliche Länge eine im wesentlichen unveränderte Breitenabmessung aufweist.

8. Kern nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernstege (5 a, 5 b) untereinander durch in Zylinder­ längsrichtung verlaufende Öffnungen (9) mit gegenüber ihrer Breite wesentlich größerer Länge (Längsschlitze) zur Ausbildung von die Zylinderwände mit den Zylinder­ mänteln verbindenden radialen Rippen getrennt sind.

9. Kern nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß längsverlaufende Öffnungen (8) zur Ausbildung von Rippen im Kernsteg (5 a) selbst vorgesehen sind.

10. Kern nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die einer jeden Zylinderbuchse (3) zugeordneten Öffnungen (8, 9) zueinander mit im wesentlichen den­ selben Umfangsabstand angeordnet sind.

11. Kern nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung radialer Rippen benachbarte Kernstege (5 a, 5 b) in Richtung der Längsmittelebene (L) des Zylinder­ blockes zueinander versetzt sind.

12. Kern nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der querverlaufende Steg (7) die von der Sohle ent­ fernten Enden der Kernstege (5 a, 5 b) miteinander verbindet.

13. Kern nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der querverlaufende Steg (7) über die Außenflächen der Kernstege (5 a) wulstartig nach außen vorsteht.

14. Kern nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wassermantelkern (2) von seinen Außenabmessungen her im wesentlichen Rechteckform aufweist.