DE4111676A1 - Verfahren zum giessen eines motorblocks aus aluminiumlegierung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gießen eines Motor­ blocks aus Aluminiumlegierung mittels einer aus mehreren Teilen zusammengesetzten Gießform.

Bei Motorblöcken, die aus Aluminiumlegierung hergestellt sind, ist es erforderlich, an mechanisch hochbeanspruchten Stellen, beispielsweise an den Ventilsitzen, Bauelemente, hier Ventilsitzringe, aus einem anderen Material einzusetzen, die den hier geforderten Beanspruchungen standhalten. Spezi­ ell die Anordnung derartiger Ventilsitzringe wurde bisher in der Weise vorgenommen, daß an dieser Stelle in den Motor­ block eine entsprechende Ausnehmung nach dem Gießen eingear­ beitet wurde. Die einzusetzenden Ventilsitzringe wurden stark gekühlt, beispielsweise mit flüssigem Stickstoff, und dann in die eingearbeitete Ausnehmung eingelegt, so daß der Ventil­ sitzring aufgrund seiner Ausdehnung infolge Erwärmung in Form einer "Schrumpfverbindung" in der Ausnehmung des Motor­ blocks festsitzt. Der Nachteil dieser Verfahrensweise besteht darin, daß die Ausnehmung sehr präzise gefertigt werden muß, da für derartige Schrumpfverbindung verhältnismäßig enge Toleranzen zwischen dem lichten Innendurchmesser der Ausneh­ mung einerseits und dem Außendurchmesser des einzusetzenden Ventilsitzringes andererseits eingehalten werden müssen.

Das Einbringen anderer Bauelemente, wie beispielsweise Steh­ bolzen oder dergl. setzt ebenfalls eine nachträgliche Bear­ beitung voraus, beispielsweise das Einschneiden von Gewinde­ bohrungen in die dann in einem weiteren Arbeitsgang die Steh­ bolzen eingeschraubt werden.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, bei der Her­ stellung von Motorblöcken aus Aluminiumlegierung das Einbrin­ gen von Bauelementen aus anderen, festeren Werkstoffen als dem Grundwerkstoff des Motorblocks zu vereinfachen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mit dem Motorblock fest zu verbindende Bauelemente aus einem anderen Werkstoff, dessen Schmelztemperatur zumindest der Schmelztemperatur des Motorblockmaterials entspricht, insbeson­ dere Ventilsitzringe, vor dem Zusammenfügen der Gießform in diese an entsprechenden Marken eingelegt, danach die Form zusammengefügt und der Motorblock abgegossen wird. Diese Verfahrensweise wird dadurch möglich, daß derartige Gießformen heute in der sogenannten Kernformtechnik mit großer Präzision hergestellt werden können. Hierbei wird die eigentliche Gieß­ form wie ein Kern aus einem fließfähigen, aushärtbaren Form­ stoff hergestellt, wobei die Form insgesamt aus mehreren Teilen zusammengesetzt ist. Die hohe Präzision ist dadurch möglich, daß die einzelnen Kernteile jeweils in einer aus wenigstens zwei Formteilen bestehenden Kernform für sich geformt werden, daß jeweils nach Abschluß des Formprozesses der einzelnen Kernteile deren Form so geöffnet wird, daß der Kernteil mit einem Formteil verbunden bleibt und danach die einzelnen zusammenzufügenden Kernteile mit ihren Formteilen durch definierte Relativbewegungen der Formteile zueinander zusammengefügt werden. Bei der Herstellung von Motorblöcken ist eine derartige, vorstehend als "Kern" bezeich­ nete Gießform aus mehr als zwei Kernteilen zusammengesetzt, so daß das Formteil eines als Basiskernzeil definierten Kern­ teils als Träger und Zentrierelement mit diesem verbunden bleibt, bis alle nachfolgenden Fügeoperationen abgeschlossen sind, in denen jeweils die weiteren Kernteile mit Hilfe ihrer Formteile auf das Basiskernteil aufgesetzt sind. Erst danach wird der vollständige Kern, hier die vollständige Gießform, aus dem Trägerelement ausgestoßen. Da bei diesem Verfahren die für das Zusammenfügen erforderliche geometrische Zuord­ nung und die daraus resultierende Relativbewegung der zusam­ menzufügenden Kernteile zueinander durch die entsprechende Ausrichtung und Bewegung der Formteile zueinander und nicht mehr durch die Kernteile selbst erfolgt, läßt sich der Füge­ vorgang mit großer Präzision durchführen, da die jeweils in ihrem Formteil gehaltenen Kernteile eine räumliche Ausrich­ tung ausweisen, wie sie nach einem vollständigen Ausformen nie wieder zu erreichen ist. Hierbei wird mit Vorteil ausge­ nutzt, daß bei einem Formprozeß, bei dem das Bindemittel des Formstoffes bzw. des Kernsandes nicht durch Temperatur sondern durch chemisch-katalytische Vorgänge aktiviert wird, die Formteile der einzelnen Formmaschinen praktisch die gleiche Temperatur aufweisen und so keinerlei Maßabweichungen der einzelnen Formteile zueinander durch Wärmedehnungen auftreten. Damit ist es möglich, die einzelnen Formteile miteinander zuordenbaren Führungs- und Zentrierflächen zu versehen, so daß die Genauigkeit beim Zusammenfügen der Kernteile durch die mit ihnen verbundenen Formteile unterstützt wird. Hier­ durch wird es nunmehr möglich, auch mit dem herzustellenden Motorblock fest zu verbindende Bauelemente aus einem anderen Werkstoff, insbesondere Ventilsitzringe, die in ihrer geome­ trischen Anordnung im Motorblock mit großer Genauigkeit ange­ ordnet sein müssen, unmittelbar in den Motorblock einzugießen. Es ist nämlich möglich, bei der Herstellung der Gießform in der vorstehend beschriebenen Kernformtechnik in einen entsprechend gestalteten Kernteil den Ventilsitzring an entsprechenden Marken einzulegen und so in die Gießform zu integrieren. Damit wird es möglich, speziell bei dem Ein­ gießen von Ventilsitzringen anstelle von Ventilsitzringen mit zylindrischer Außenkontur solche mit konischem Verlauf der Außenfläche zu verwenden, so daß ein formschlüssiges Eingießen möglich ist.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorge­ sehen, daß die Bauelemente vor dem Einlegen in die Gießform aufgeheizt werden. Hierdurch werden allzu große Temperatur­ unterschiede, die sich nachteilig auf das Gefüge der sie umschließenden Aluminiumlegierung auswirken können, vermie­ den. Dieses Verfahren ist schon deshalb möglich, weil der gesamte Fügevorgang zur Herstellung der Gießform mechani­ siert ist, so daß es auch hier möglich ist, vorgeheizte Bau­ elemente, insbesondere vorgeheizte Ventilsitzringe, über einen in den Ablauf der Fügeoperationen integrierten Manipu­ lator in das entsprechende Kernteil einzulegen.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Bauelemente nach dem Einlegen in die Gießform, aber vor dem Abguß aufgeheizt werden. Hierdurch wird der Einlege­ vorgang für die Ventilsitzringe vereinfacht, da diese bei Raumtemperatur gehandhabt werden können, wohingegen der Aufheiz­ vorgang erst dann in einer weiteren Station erfolgt, wenn die Ventilsitzringe bereits eingelegt sind. In einer bevor­ zugten Verfahrensweise ist hierbei vorgesehen, daß die Bau­ elemente in der Gießform elektro-induktiv aufgeheizt werden. Diese Verfahrensweise ist deshalb möglich, weil die Gieß­ form insgesamt nicht aus Metall sondern nur aus mineralischem Formstoff bzw. Kernsand besteht, so daß die Ventilsitzringe in der ganz oder teilweise zusammengefügten Gießform den einzigen metallischen Bestandteil darstellen. Damit ist es auch möglich, die Aufheizung berührungslos vorzunehmen, vor­ zugsweise unmittelbar vor dem Beginn des Gießvorganges.

In zweckmäßiger Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, daß Bauelemente verwendet werden, die an ihren einzugießenden Bereichen Vorsprünge und/oder Hinterschneidungen aufweisen, die eine formschlüssige Verankerung des Bauelements im Guß­ teil bewirken.

Die Erfindung wird anhand einer schematischen Darstellung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 den Verfahrensablauf in Form eines Fließbildes,

Fig. 2 in einem vertikalen Teilschnitt einen in eine Gießform eingelegten Ventil­ sitzring,

Fig. 3 den fertigen Motorblock mit eingegossenem Ventilsitzring.

Eine aus Kernformsand hergestellte Gießform für einen Motor­ block muß wegen der vielen Hinterschneidungen und Kanälen aus mehreren Kernteilen zusammengesetzt werden. Die einzel­ nen Kernteile werden über gesonderte Kernformmaschinen her­ gestellt und dann zusammengefügt. Das Fließbild gem. Fig. 1 zeigt den Verfahrensablauf in vereinfachter Darstellung für eine aus nur zwei Kernteilen zusammengesetzte Gießform. Hier­ bei wird in einer Kernformmaschine I, die einen aus zwei Formteilen 1 und 2 gebildeten Formkasten aufweist, ein erster Kernteil 3 in üblicher Weise, beispielsweise nach dem cold­ box-Verfahren aus einem entsprechenden Formsand hergestellt. Das zugehörige Kernteil 4, das zusammen mit dem Kernteil 3 die vollständige Gießform bildet, wird in einer zweiten Kern­ formmaschine 11 hergestellt, die eine aus einem Formteil 5 und einem zugehörigen Formteil 6 zusammengesetzte Kernform aufweist. Sobald die beiden Kernteile 3 und 4 "geschossen" sind, öffnen die Kernformen, wobei in der Kernformmaschine I der Kernteil 3 im Formteil 1 verbleibt und in eine erste Fügestation III verfahren wird. Auf das offenliegende Kern­ teil 3 wird nun ein einzugießendes Bauelement 7, beispiels­ weise ein Ventilsitzring, mit Hilfe eines Manipulators aufge­ legt. In einem nächsten Verfahrensschritt, der in der Fügesta­ tion III oder in einer nächstfolgenden Fügestation IV erfol­ gen kann, wird nun von der Kernformmaschine 11 das zugehörige Kernteil 4, das noch mit dem Formteil 5 verbunden ist, posi­ tioniert und anschließend auf das Kernteil 3 abgesenkt bzw. das Kernteil 3 angehoben, so daß beide Kernteile 3 und 4 zur fertigen Gießform zusammengefügt werden. Das Formteil 5 wird dann vom Kernteil 4 gelöst und in einer weiteren Sta­ tion V die fertige Gießform 3-4, die nunmehr den eingelegten Ventilsitzring 7 mit umschließt, vom Formteil 1, das während des ganzen Verfahrensanlauf als Zentrierung und Führungs­ mittel gedient hat, gelöst und zur Gießstation VI verfahren und dort abgegossen. Nach dem Erkalten wird die Gießform zerstört und der anfallende Formsand wieder aufbereitet.

Wie Fig. 2 in einem vergrößerten Teilschnitt darstellt, ist der Ventilsitzring 7 auf eine Kernmarke 8 aufgesetzt, so daß bei geschlossener Gießform 3-4, wie in Fig. 1 für die Station V dargestellt, mit einer zugehörigen Kernmarke 9 der Ventilkanal freigehalten wird. Wie Fig. 2 zeigt, ist der Ventilsitzring 7 konisch ausgebildet und so in die Form eingelegt, daß er nach Entfernen der Gießform, wie Fig. 3 zeigt, formschlüssig im fertigen Gußstück 10 gehalten ist.

Der Ventilsitzring 7 wird zweckmäßigerweise in heißem Zustand umgossen, so daß entweder im Bereich der Fügestation 111 ein heißer Ventilsitzring 7 eingelegt und anschließend die Form geschlossen und die weiteren Operationen ausgeführt werden oder im Bereich der Fügestation V elektro-induktiv in der geschlossenen Form aufgeheizt werden. Dies ist deshalb möglich, weil die Gießform 3-4 insgesamt außer den eingeleg­ ten Bauelementen, hier dem Ventilsitzring 7, keine metalli­ schen Teile aufweist, so daß beispielsweise im Durchlaufver­ fahren oder durch eine entsprechende, die Gießform 3-4 um­ schließende Vorrichtung, die elektro-induktive Aufheizung erfolgen kann.

Claims (5)

1. Verfahren zum Gießen eines Motorblockes aus Aluminium­ legierung mittels einer aus mehreren Teilen zusammengesetzten Gießform, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Motorblock fest zu verbindende Bauelemente aus einem anderen Werkstoff, dessen Schmelztemperatur zumindest der Schmelztemperatur des Motorblockmaterials entspricht, insbesondere Ventilsitzringe, vor dem Zusammenfügen der Gieß­ form in diese an entsprechenden Marken eingelegt, danach die Form zusammengefügt und der Motorblock abgegossen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauelemente vor dem Einlegen in die Gießform aufgeheizt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauelemente nach dem Einlegen in die Gießform, aber vor dem Abguß aufgeheizt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauelemente in der Gießform elektro-induktiv aufgeheizt werden.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Bauelemente verwendet werden, die an ihren einzugießenden Bereichen Vorsprünge und/oder Hinterschneidun­ gen aufweisen, die eine formschlüssige Verankerung des Bau­ elements im Gußteil bewirken.