DE3739662C1 - Ceramic component - Google Patents

Ceramic component

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DE3739662C1 DE19873739662 DE3739662A DE3739662C1 DE 3739662 C1 DE3739662 C1 DE 3739662C1 DE 19873739662 DE19873739662 DE 19873739662 DE 3739662 A DE3739662 A DE 3739662A DE 3739662 C1 DE3739662 C1 DE 3739662C1
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    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D19/00—Casting in, on, or around objects which form part of the product

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)

Abstract

To prevent a burr from being formed in the casting of ceramic port liners in cylinder heads of reciprocating piston engines in the transition region between the end face of the port liner and the cylinder head material, it is proposed according to the invention that the port liner be chamfered on its end face to give only a small remaining proportion of the end face in a plane perpendicular to the longitudinal axis of the port liner. This proportion of the end face is then covered by the core material so that on cutting free the chamfered part of the end face the whole proportion of the end face lying in the plane perpendicular to the longitudinal axis is never exposed. This reliably prevents a burr or a runner head as a cross-sectional constriction in this region.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Keramikbauteil der im Oberbegriff des ersten Anspruchs genannten Art.The invention relates to a ceramic component which in Preamble of the first claim Art.

Es ist allgemein bekannt, Keramikbauteile dadurch in einem Gußbauteil zu halten, daß das Keramikbauteil eingegossen wird. Um zu verhindern, daß die Schmelze den Hohlraum des Keramikbauteils ausfüllt, wird dieser mit einem Kern ausgefüllt. Um das Keramikbauteil lagerichtig in der Gießform des Gußbauteils zu halten, wird der Kern derart verlängert, daß das Keramikbauteil über den Kern in der Gießform gehalten werden kann. Dies ist insbeson­ dere dann vorteilhaft, wenn das Keramikbauteil als Portliner in Zylinderköpfen von Brennkraftmaschinen verwendet wird, wobei der Portliner nicht den gesamten Gaswechselkanal auskleidet, sondern nur Teile von ihm. Dann erfüllt der Kern gleichzeitig die Funktion, den nicht ausgekleideten Teil des Gaswechselkanals während des Gießens zu bilden.It is generally known to use ceramic components in this way to hold a cast component that the ceramic component is poured. To prevent the melt the Fills the cavity of the ceramic component, this is with filled in a core. In the correct position around the ceramic component To keep in the mold of the cast component becomes the core extended so that the ceramic component over the core can be held in the mold. This is in particular then advantageous if the ceramic component as Portliner in cylinder heads of internal combustion engines is used, the portliner not the whole Gas exchange duct lines, but only parts of it. Then the core simultaneously fulfills the function that not lined part of the gas exchange duct during of casting.

Die vorhin beschriebenen Portliner sind beispielsweise aus der DE-AS 27 50 290, der DE-AS 24 33 698 und der DE-PS 23 54 254 bekannt. Den Aufbau derartiger Keramik­ bauteile beschreibt beispielsweise die DE-PS 28 51 507.The portliners described earlier are for example from DE-AS 27 50 290, DE-AS 24 33 698 and DE-PS 23 54 254 known. The structure of such ceramics Components describes, for example, DE-PS 28 51 507.

Um diese bekannten Keramikbauteile in dem Gußbauteil zu halten, ist es notwendig, daß die Schmelze auch an die Stirnflächen und nicht nur an den Außenumfang des Keramikbauteils gelangen kann. Hierzu muß vor dem Einlegen des Keramikbauteils in die Gießform des Guß­ bauteils das Keramikbauteil an den den Kernaustritts­ flächen benachbarten Stirnflächen vom Kernmaterial gereinigt werden. Hierbei wurde dann oftmals der Kern leicht beschädigt, so daß in den unmittelbar der Stirn­ flächen benachbarten Bereichen eine Sicke oder unregel­ mäßig geformte Nut im Kernmaterial entstand. Beim späteren Umgießen trat dann dort Gußmaterial in diese Sicke bzw. Nut ein.To these known ceramic components in the cast component hold, it is necessary that the melt to the  End faces and not only on the outer circumference of the Ceramic component can get. This must be done before Insert the ceramic component into the casting mold component the ceramic component at the core exit surfaces adjacent end faces from the core material getting cleaned. This often became the core slightly damaged, so that in the immediate forehead areas adjacent areas a bead or irregular moderately shaped groove in the core material was created. At the later casting then poured into this material Bead or groove.

Nach dem Entfernen des Kernmaterials blieb deshalb in der Ebene der Stirnfläche ein Gußgrat stehen. Dies bedeutet, daß an dieser Stelle der Innendurchmesser des gegossenen Kanals sich verengt. Dadurch entstehen in dem im Kanal geführten Medium Verwirbelungen und damit Strömungsverluste. Deshalb mußte der störende Grat entfernt werden, was meistens nur von Hand ging.After removing the core material, therefore, remained in there is a cast ridge on the plane of the end face. This means that at this point the inside diameter of the poured channel narrows. This creates in the Medium swirls in the channel and thus Flow losses. Therefore the disturbing ridge had to removed, which was mostly done by hand.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Keramik­ bauteil mit verlorenem Gießkern vorzuschlagen, das Kernaustrittsflächen aufweist, die derart gestaltet sind, daß die beim Reinigen der Keramikbauteilaußen­ flächen unvermeidlich auftretenden Gießkernbeschädi­ gungen im späteren Einsatz des Keramikbauteils keine funktionalen Beeinträchtigungen nach sich ziehen.The object of the present invention is a ceramic to propose a component with a lost casting core Has core exit surfaces designed in this way are that when cleaning the ceramic component exterior surface inevitably occurring casting core damage in later use of the ceramic component result in functional impairments.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeich­ nenden Merkmale des ersten Anspruchs gelöst. Der Lösung liegt der Gedanke zugrunde, daß zum sicheren Halten des Keramikbauteils in dem Gußbauteil das Keramikbauteil eine Stirnfläche in der Öffnungsebene des Hohlraumes aufwei­ sen muß, daß diese Stirnfläche aber nicht vollständig in einer zur Hohlraumlängsachse im wesentlichen senkrechten Ebene liegen muß. Die Gesamtstirnfläche wird also erfindungsgemäß in zwei Teilstirnflächen aufgeteilt, wobei die in der Öffnungsebene liegende Teilstirnfläche auf eine wesentlich geringere Ringfläche verkleinert werden kann, die dann vom Kernmaterial umschlossen wird. Wird nun die sich verjüngende Außenfläche der anderen Teilstirnfläche, die also die Hohlraumlängsachse unter einem Winkel schneidet, vom Kernmaterial gereinigt, so wird dann zwar in der Hohlraumaustrittsebene ebenfalls Kernmaterial weggenommen. Dies ist jedoch nicht soviel, daß dadurch die senkrecht zur Hohlraumlängsachse ver­ bleibende Stirnfläche vollständig freigelegt wird. Damit ergibt sich beim späteren Umgießen mit Schmelze der Vorteil, daß niemals Schmelze im Bereich der Hohlraum­ austrittsebene den Hohlraum in seiner Querschnittsfläche verjüngen kann. Vielmehr kann dort eine geringe Hohl­ raumerweiterung auftreten, die jedoch strömungstechnisch wesentlich unschädlicher bezüglich Strömungsverluste ist als ein in den Hohlraum vorspringender Grat.This object is inventively characterized by nenden features of the first claim solved. The solution is based on the idea that to keep the Ceramic component in the cast component, the ceramic component End face in the opening plane of the cavity Must be that this end face is not completely in one essentially perpendicular to the longitudinal axis of the cavity Level must lie. The total face is therefore  according to the invention divided into two end faces, the partial end face lying in the opening plane reduced to a much smaller ring area can be, which is then enclosed by the core material. Now the tapered outer surface of the other Partial face, which is the longitudinal axis of the cavity below cuts an angle, cleaned of the core material, so is then also in the cavity exit plane Core material taken away. However, this is not so much that thereby ver perpendicular to the longitudinal axis of the cavity permanent face is completely exposed. In order to results in the subsequent casting with melt Advantage that never melt in the cavity exit plane the cavity in its cross-sectional area can rejuvenate. Rather, there can be a slight hollow space expansion occur, however, in terms of flow technology is much less harmful with regard to flow losses as a ridge protruding into the cavity.

Die Ansprüche 2 bis 4 geben bevorzugte Außenkonturen im sich verjüngenden Bereich des Außenumfanges des Keramik­ bauteiles zur Hohlraumaustrittsfläche hin an.Claims 2 to 4 give preferred outer contours in tapered area of the outer circumference of the ceramic component towards the cavity exit surface.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.In the following, the invention is based on a preferred Embodiment explained in more detail.

Es stellen dar:They represent:

Fig. 1 einen Querschnitt durch den Teil eines Portliners mit Kern mit sich verjüngendem Außenumfang; Fig. 1 a cross section through the tapered portion of a port liner with core to the outer periphery;

Fig. 2 ein alternatives Ausführungsbeispiel zu Fig. 1; Fig. 2 shows an alternative embodiment to Fig. 1;

Fig. 3 einen Querschnitt durch einen Teil eines Zylinderkopfes einer Hubkolben-Brennkraft­ maschine mit eingegossenem Portliner. Fig. 3 shows a cross section through part of a cylinder head of a reciprocating internal combustion engine with cast portliner.

In Fig. 1 ist als Keramikbauteil ein Portliner 1 im Querschnitt dargestellt. Er dient dazu, in Gaswechsel­ kanälen, insbesondere in Auslaßkanälen von Hubkolben- Brennkraftmaschinen als gasführendes Teil eingesetzt zu werden.In Fig. 1, a portliner 1 is shown in cross section as a ceramic component. It serves to be used as a gas-carrying part in gas exchange ducts, in particular in outlet ducts of reciprocating piston internal combustion engines.

Befestigt wird er in den Zylinderköpfen durch Umgießen mit Schmelze. Hierzu ist es erforderlich, daß er vor dem Gießen des Zylinderkopfes mit einem Sandkern 2 gefüllt wird, um das Eintreten von Schmelze in den Portliner zu verhindern. Geformt wird der Kern dadurch, daß der Portliner in einen Kernkasten eingelegt wird und dann sein Hohlraum 3 mit Kernsand ausgefüllt wird. Da zum Halten des Portliners in der Gießform des Zylinderkopfes der Sandkern ebenfalls verwendet wird, ragt er zumindest an einer Stirnseite - in Fig. 1 an der unteren - aus dem Portliner heraus. Vor dem Einlegen in die Gießform muß der Portliner 1 an seinem Außenumfang, insbesondere auch an seiner Stirnfläche von angeklebten Sandteilen des Sandkernes befreit werden.It is fastened in the cylinder heads by pouring the melt around it. For this purpose, it is necessary that it is filled with a sand core 2 before the cylinder head is cast in order to prevent melt from entering the portliner. The core is shaped by placing the portliner in a core box and then filling its cavity 3 with core sand. Since the sand core is also used to hold the portliner in the casting mold of the cylinder head, it protrudes from the portliner at least on one end face - on the lower face in FIG. 1. Before inserting into the casting mold, the portliner 1 on its outer circumference, in particular also on its end face, must be freed from adhered sand parts of the sand core.

Um hierbei zu verhindern, daß bei dem Reinigen der Sandkern in der Ebene der Stirnflächen beschädigt wird, ist die Gesamtstirnfläche 4 in Fig. 1 in eine erste Teilstirnfläche 5 und in eine zweite Teilstirnfläche 6 unterteilt. Die erste Teilstirnfläche 5 liegt in einer Ebene, die senkrecht zur Längsachse des Hohlraumes 3 verläuft. Sie ist hierbei als im Durchmesser kleiner Ring ausgebildet. Den Übergang zu der vollen Wandstärke des Portliners 1 wird durch die Teilstirnfläche 6 gebildet. Diese ist im Beispiel 1 konvex ausgebildet. Sie kann jedoch genausogut konkav oder - wie Fig. 2 zeigt - kegelstumpfförmig ausgebildet werden. Die Aufteilung der Teilstirnfläche 5 zur Teilstirn­ fläche 6 wird so vorgenommen, daß die Teilstirnfläche 5 so gering wie möglich gehalten wird. Dadurch entsteht eine möglichst große Gesamtstirnfläche zum Halten des Portliners im Zylinderkopf.In order to prevent the sand core from being damaged in the plane of the end faces during cleaning, the total end face 4 in FIG. 1 is divided into a first partial end face 5 and a second partial end face 6 . The first partial end face 5 lies in a plane that runs perpendicular to the longitudinal axis of the cavity 3 . It is designed as a small ring in diameter. The transition to the full wall thickness of the portliner 1 is formed by the partial end face 6 . In example 1, this is convex. However, it can also be made concave or, as shown in FIG. 2, frustoconical. The division of the partial face 5 to the partial face 6 is made so that the partial face 5 is kept as small as possible. This creates the largest possible total end face for holding the portliner in the cylinder head.

Der Sandkern 3 wird nun im Bereich der Gesamtstirn­ fläche 4 so ausgebildet, daß er die Teilstirnfläche 5 vollständig mitumschließt. Wird nun die Teilstirn­ fläche 6 gereinigt, so kann - wie in Fig. 1, 2 auf der rechten Seite dargestellt - das Kernmaterial im Bereich der Teilstirnfläche 5 entfernt werden. Dadurch wird die Teilstirnfläche 5 teilweise freigelegt. Diese Freilegung wird - da sie unbeabsichtigt ist - jedoch nie so groß werden, daß dadurch die gesamte Teilstirnfläche 5 freigelegt wird. Somit ist immer sichergestellt, daß in der Ebene der Teilstirnfläche 5 der zu bildende Gas­ wechselkanal keine Einschnürung enthält, die händisch entfernt werden muß.The sand core 3 is now formed in the area of the entire end face 4 so that it completely encloses the partial end face 5 . If the partial end face 6 is now cleaned, the core material in the region of the partial end face 5 can be removed, as shown in FIGS. 1, 2 on the right side. As a result, the partial end face 5 is partially exposed. However, since it is unintentional, this exposure will never become so large that the entire partial end face 5 is thereby exposed. Thus it is always ensured that in the plane of the partial end face 5 the gas exchange channel to be formed does not contain a constriction which has to be removed manually.

In Fig. 3 ist ein Teilquerschnitt durch einen Zylinder­ kopf einer Hubkolbenbrennkraftmaschine 7 mit eingegos­ senem Portliner 1 dargestellt. Aufgrund des Reinigungs­ vorganges an der Teilstirnfläche 6 wurde die Teil­ stirnfläche 5 teilweise freigelegt (Fig. 2). Hier kann dann beim Gießen des Zylinderkopfes Schmelze eintreten. Dadurch entsteht am fertigen Zylinderkopf im Bereich der Teilstirnfläche 5 eine geringe Querschnittserweiterung des Gaswechselkanales 8. Diese ist aber aus strömungs­ technischen Gesichtspunkten unbedeutend, während eine dort vorhandene Gußnase zu starken Verwirbelungen führen würde und damit händisch entfernt werden müßte.In Fig. 3 is a partial cross section through a cylinder head of a reciprocating internal combustion engine 7 with eingos senem portliner 1 is shown. Because of the cleaning process on the partial face 6 , the partial face 5 was partially exposed ( Fig. 2). Here, melt can occur when casting the cylinder head. This results in a slight cross-sectional expansion of the gas exchange channel 8 on the finished cylinder head in the area of the partial end face 5 . However, this is insignificant from a fluidic point of view, while an existing cast nose would lead to strong turbulence and would have to be removed by hand.

Der Kanalabschnitt 9 zwischen dem Ausgang des Portliners und dem brennraumseitigen Boden 10 des Zylinderkopfes wird durch den aus dem Portliner 1 herausragenden Teil des verlorenen Gießkernes 3 gebildet. Sollte dieser Kanalquerschnitt zu eng ausfallen, so kann er noch mechanisch bearbeitet werden. Ein Bearbeitungsvorgang in diesem Bereich ist sowieso nötig, da die Aufnahmebohrung für den Ventilsitzring 11 gebohrt werden muß.The channel section 9 between the outlet of the portliner and the bottom 10 of the cylinder head on the combustion chamber side is formed by the part of the lost casting core 3 protruding from the portliner 1 . If this channel cross-section turns out to be too narrow, it can still be machined. A machining process in this area is necessary anyway, since the receiving bore for the valve seat ring 11 must be drilled.

Claims (4)

1. Keramikbauteil mit verlorenem Gießkern, insbesondere zur Auskleidung von Gaswechselkanälen in Brennkraftmaschinen-Zylinderköpfen, wobei das Keramikbauteil zumindest einen zu einer Bauteilaußenseite hin offenen Hohlraum aufweist, dessen Mündung auf der Bauteilaußenseite eine zur Hohlraumlängsachse senkrecht verlaufende Stirnfläche aufweist, wobei das Keramikbauteil durch Umgießen mit Schmelze in einem Gußbauteil gehalten wird, wobei während des Gießens der Schmelze der Hohlraum mit einem aus lösbarem Material bestehenden Kern ausgefüllt ist, der aus dem Hohlraum herausragt, dadurch gekennzeichnet,
  • - daß die Gesamtstirnfläche (4) in zwei Teil­ stirnflächen (5) und (6) aufgeteilt ist,
  • - daß die zur Hohlraumlängsachse senkrecht verlaufende Teilstirnfläche (5) des Keramik­ bauteils verkleinert ist,
  • - daß die Teilstirnfläche (6) durch den sich verjüngenden Übergang von der vollen Wand­ stärke des Keramikbauteils zur Teilstirnfläche (5) gebildet ist,
  • - und daß die Teilstirnfläche (5) von dem Kernmaterial abgedeckt ist.
1. Ceramic component with a lost casting core, in particular for lining gas exchange channels in internal combustion engine cylinder heads, the ceramic component having at least one cavity that is open to an outside of the component, the mouth of which on the outside of the component has an end face that runs perpendicular to the longitudinal axis of the cavity, the ceramic component being cast with melt is held in a cast component, wherein during the casting of the melt the cavity is filled with a core consisting of detachable material which protrudes from the cavity, characterized in that
  • - That the total end face ( 4 ) is divided into two end faces ( 5 ) and ( 6 ),
  • - That the partial end face ( 5 ) of the ceramic component which is perpendicular to the longitudinal axis of the cavity is reduced,
  • - That the partial end face ( 6 ) is formed by the tapered transition from the full wall thickness of the ceramic component to the partial end face ( 5 ),
  • - And that the partial end face ( 5 ) is covered by the core material.
2. Keramikbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenumfang der Teilstirnfläche (5) im sich verjüngenden Bereich konkav verläuft.2. Ceramic component according to claim 1, characterized in that the outer circumference of the partial end face ( 5 ) is concave in the tapering region. 3. Keramikbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenumfang der Teilstirnfläche (5) im sich verjüngenden Bereich konvex verläuft.3. Ceramic component according to claim 1, characterized in that the outer circumference of the partial end face ( 5 ) is convex in the tapering region. 4. Keramikbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenumfang der Teilstirnfläche (5) im sich verjüngenden Bereich kegelstumpfförmig verläuft.4. Ceramic component according to claim 1, characterized in that the outer periphery of the partial end face ( 5 ) in the tapered area is frustoconical.
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