DE4341040A1 - Motorblock mit eingegossener Kanalanordnung und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen aus Metall gegossenen Motor­ block mit wenigstens einer Kanalanordnung, vorzugsweise für die Schmiermittelversorgung von Lagerstellen.

Bei der Herstellung von Motorblöcken war es bisher üblich, die beispielsweise für die Schmiermittelversorgung erfor­ derlichen Kanäle im Anschluß an das Gießen bei der mecha­ nischen Bearbeitung des Motorblockes ebenfalls im Wege der mechanischen Bearbeitung anzubringen. Dies erfordert nicht nur eine angepaßte Formgebung des Motorblocks, die so konzipiert sein muß, daß die vorgesehenen Kanäle einen geradlinigen Verlauf aufweisen, um sie überhaupt durch spanabhebende Bearbeitung, beispielsweise durch Einbohren, herstellen zu können oder bei vorgegossenen Bohrungen diese entsprechend nacharbeiten zu können.

Aus der DE-A-32 43 377 ist es für kleinere metallische Bauteile aus Stahl-, Grau- oder Sphäroguß oder sonstigen Gußlegierungen bekannt, zur Herstellung von hydraulischen Strömungskanälen entsprechend kurze Rohrstücke in die Gießform vor dem Einbringen der Schmelze einzulegen und mit dem Metall entsprechend zu umgießen. Die hierzu verwen­ deten Rohre müssen im Querschnitt zweiteilig ausgebildet sein, wobei nur das äußere Rohr aus einfachem Stahl herge­ stellt sein muß, während für das innere Rohrteil legierter Stahl, Chrom-Nickel-Stahl oder ähnlich teure Werkstoffe eingesetzt werden. Nur so ist gewährleistet, daß beim Gießvorgang das äußere Rohrstück ganz oder teilweise aufschmilzt und so eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Gußstück und dem äußeren Rohrteil geschaffen wird und damit zugleich auch eine verbesserte Verbindung mit dem inneren Rohrteil erreicht wird. Verformungen des inneren Rohrteils sind aber dadurch, daß er vor dem Schmel­ zen geschützt ist, zuverlässig ausgeschlossen. Der Nachteil dieser vorbekannten Konzeption besteht jedoch darin, daß hier beispielsweise nur kleinformatige Bauelemente, wie beispielsweise Achsschenkelbolzen oder dergl. in dieser Weise gefertigt werden können. Bei der Herstellung von Motorblöcken sind jedoch eine Vielzahl derartiger Einzelrohrelemente erforderlich, die vor dem Gießen in die Gießform eingebracht werden müssen, und die immer nur so eingebracht werden können, daß nur Teile des ge­ samten Kanalsystems hierdurch gebildet werden. Damit bleibt weiterhin die mechanische Bearbeitung der verblei­ benden Kanäle notwendig, wobei die Gefügeänderung in den Übergangsbereichen zwischen den eingelegten Rohren und den zu bohrenden Kanälen zu einer erheblichen Beanspru­ chung der Bearbeitungswerkzeuge führt.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Motor­ block mit vollständig gegossener Kanalanordnung zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einem aus Metall gegossenen Motorblock mit wenigstens einer Kanal­ anordnung, vorzugsweise für die Schmiermittelversorgung von Lagerstellen, bei dem jeweils die Kanalanordnung durch ein vorgefertigtes Rohrsystem gebildet wird, das zumindest mit einem Teil seiner Kanallänge von dem metalli­ schen Werkstoff umgossen ist. Der besondere Vorteil dieser erfindungsgemäßen Anordnung besteht darin, daß die vollstän­ dige Kanalanordnung durch Rohre gebildet wird und zwar durch ein vorgefertigtes Rohrsystem. Für den Gußvorgang ist es lediglich erforderlich, ein einzelnes weiteres Bauteil in Form einer "Rohrspinne" bzw. "Rohrharfe" in die Gußform einzulegen. Hierbei ist man in der Formgebung praktisch völlig frei, da das Rohrsystem mit seinen einzel­ nen Kanallängen nicht vollständig in dem metallischen Werkstoff des Motorblocks zu verlaufen braucht, sondern teilweise auch durch entsprechende Hohlräume verlaufen kann, d. h. also teilweise umgossen ist. Ein derartiges vorgefertigtes Rohrsystem in Form einer "Rohrharfe" kann beispielsweise aus einem Hauptkanal bestehen, der in axialer Richtung durch den Motorblock verläuft und von dem jeweils entsprechende Teilkanäle abzweigen, die zu den einzelnen Lagerstellen, beispielsweise der Kurbelwelle, führen. Der Hauptkanal, der beim Stande der Technik mit Rücksicht auf die notwendige mechanische Bearbeitung geradlinig ausgeführt sein muß, kann auch hier beliebig geformt verlaufen, wobei das Anschlußende aus dem Motorblock mit einer vorgebbaren Länge herausgeführt werden kann und somit eine sehr viel größere Freiheit für die Unter­ bringung von Zusatzaggregaten, wie beispielsweise Ölfilter, Ölpumpe, oder dergl. im Motorraum gegeben ist. Anderer­ seits ist es möglich, die ausmündenden Enden der abzweigen­ den Teilkanäle so an die Lagerstellen heranzuführen, daß diese, bezogen auf die vorgesehene Drehrichtung der Kurbelwelle, in einem nicht belasteten Umfangsbereich des Lagers einmünden können. Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß dieses vorgefertigte Rohrsystem, das mit einem Handgriff in die Gießform einlegbar ist, beim Gießen nicht zusammenfällt, wenn zuvor das Rohrsystem vollständig durch ein "Einschießen" mit einem fließfähigen Giessereiformstoff, beisielsweise Formsand, gefüllt wird. Vorzugsweise wird hier ein Sand mit einem Binder vorgesehen, der unter der Hitzeeinwirkung des Gießvorganges verbrennt und dann durch Ausblasen und ggf. anschließendem Kugel­ strahlen entfernt werden kann. Es ist hierbei möglich, für einen Hauptkanal einen Außendurchmesser von etwa 10 mm vorzusehen und die zu den einzelnen Kurbelwellen­ lagerstellen abzweigenden Teilkanäle können einen Außen­ durchmesser von beispielsweise 6 bis 8 mm aufweisen. Überraschend hat sich gezeigt, daß bei Wandstärken zwischen 0,8 bis 2 mm für die verwendeten Rohre diese Rohre den Gießtemperaturen standhalten und nur im Bereich ihrer äußeren Oberfläche anschmelzen und damit formschlüssig mit dem Gießwerkstoff des Motorblocks eine Verbindung eingehen. Der besondere Vorteil dieser geringen Querschnitte besteht vor allem darin, daß bei dem fertiggestellten Motor ein geringes Ölvolumen für diesen Bereich der Schmie­ rung erforderlich ist.

Als Verfahren zur Herstellung eines Motorblocks der vorste­ hend bezeichneten Art mit wenigstens einer eingeformten Kanalanordnung, die vorzugsweise der Schmiermittelverfor­ mung von Lagerstellen dient, durch Gießen, ist erfindungs­ gemäß vorgesehen, daß die Kanalanordnung durch ein zusammen­ hängendes, in seinem vorgesehenen Verlauf vorgefertigtes Rohrsystem gebildet wird, das mit einem fließfähigen, vorzugsweise aushärtbaren Gießereiformstoff gefüllt wird und anschließend in die Gießform eingelegt und/oder teil­ weise eingeformt wird, bei dem danach die nicht vom Form­ stoff der Gießform umschlossenen Teile des Rohrsystems mit der Metallschmelze umgossen werden und anschließend nach dem Ausformen des Gußstücks der Formstoff aus dem nunmehr eingegossenen Rohrsystem entfernt wird. Der Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß die gewünschte Kanal­ anordnung durch ein vorgeformtes, in seinem vorgesehenen Verlauf vorgefertigtes Rohrsystem aus einwandigen Rohren sozusagen mit einem Handgriff in die Gießform eingelegt und/oder teilweise eingeformt werden kann. Damit wird im Bereich des Herstellens der Gießereiform die Zahl der zusätzlichen Handgriffe für das Einlegen von Rohren auf ein Minimum reduziert, da das Rohrsystem als "Rohrspinne" oder "Rohrharfe" eingelegt wird.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist hierbei vorgesehen, daß das Rohrsystem aus Normalstahl, beispiels­ weise St 12-03, hergestellt ist und mit einem Überzug aus einem NE-Metall versehen ist. Als NE-Metall kommt hierbei Kupfer oder Zinn in Betracht oder andere geeignete NE-Metalle. Dieser NE-Metallüberzug hat für den Gießvorgang selbst praktisch keine Bedeutung sondern dient lediglich dazu, ein Rosten der Außenfläche des Rohrsystems zu vermeiden.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Wandstärke derjenigen Rohre des Rohrsystems, die vom Gußwerkstoff umschlossen werden, auf die größte Wandstärke des Gußstücks im Umschließungs­ bereich abgestimmt ist. Es hat sich hierbei überraschender­ weise gezeigt, daß bei den hier in Betracht kommenden Wandstärken des Gußstückes eine Wandstärke von beispiels­ weise 2 mm für das einzugießende Rohr ausreicht, um in Verbindung mit der Formstoffüllung des Rohrsystems ein völliges Durchschmelzen während des Umgießens zu verhindern.

In zweckmäßiger Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfah­ rens ist ferner vorgesehen, daß das Rohrsystem aus Teil­ stücken zusammengesetzt ist, wobei die einzelnen Teilstücke an ihren gegenseitigen Anschluß stellen dicht miteinander verbunden sind. Diese dichte Verbindung kann beispielsweise durch eine Schweißung vorgenommen werden. Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß das Kanalsystem zuver­ lässig öldicht ist, so daß etwaige Porositäten im Gußwerk­ stoff nicht zu Sickerverlusten führen können.

Die Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Aufsicht auf einen Vierzylindermotorblock aus Grauguß oder Sphäroguß mit einer fünffach gelagerten Kurbelwelle,

Fig. 2 einen Vertikalschnitt gem. der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit x in Fig. 2.

Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Aufsicht auf einen aus Grauguß gegossenen Motorblock 1 für einen Vierzylinder­ motor zeigt die Zylinder 2 und die zwischen den einzelnen Zylindern 2 liegenden Stege 3, in denen die Lager für die Kurbelwelle befestigt sind. Unterhalb der Ebene 4 am Motorblock 1 (vgl. Fig. 2) verläuft in einem seitlichen Vorsprung 5 für die Schmiermittelversorgung der Lagerstellen der Kurbelwellenlagerung ein Hauptkanal 6, von dem zu den einzelnen Lagerstellen zwei Kanäle 7 abzweigen. Der Hauptkanal 6 und die abzweigenden Teilkanäle 7 sind nun einstückig als vorgefertigtes Rohrsystem ausgebildet und weist hierbei die Form einer "Rohrharfe" auf. Wie aus der Schnittdarstellung in Fig. 2 ersichtlich, verlaufen hierbei die Teilkanäle 7 nicht geradlinig zwischen dem Hauptkanal 6 und dem Steg 3 für die Kurbelwellenlagerung, sondern diese sind gekrümmt ausgeführt, so daß die Ausmün­ dung 8 für die Lagerstelle bei einer vorgesehenen Drehrich­ tung der Kurbelwelle entsprechend dem Pfeil 9 in einen nicht belasteten Teil des Lagers ausmünden. Der Teilkanal 7 verläuft hierbei auch teilweise außerhalb des Gußwerk­ stoffes, wobei dieser Teil dann in den Formstoff der Gießform eingebettet ist. Wie Fig. 1 und Fig. 2 zeigen, sind die freien Enden des Rohrsystem jeweils so lang bemessen, daß sie aus dem fertigen Gußstück herausragen und dementsprechend für den Gießvorgang in entsprechende Kernmarken in der Gießform eingelegt und dort gehalten werden können.

Wie die vergrößerte Darstellung des Bereichs x in Fig. 3 zeigt, sind in das Rohr des Hauptkanals 6 im Bereich der Abzweigung des Teilkanals 7 jeweils Mündungslöcher eingearbeitet, bei denen durch einen entsprechenden Zieh­ vorgang das Loch mit einem nach außen ausgeformten Kragen 10 versehen ist. Auf diesen Kragen 10 wird dann das entspre­ chend vorgeformte Rohr des Teilkanals 7 aufgesteckt und mit dem Rohr des Hauptkanals 6 dicht verschweißt.

Für die Rohre kann einfacher Stahl, beispielweise die Stahlqualität St 12-03 verwendet werden. Als Gußwerkstoff kommt hier insbesondere GG 25, Sphäroguß GG V40 und ähnliche Werkstoff in Betracht.

Claims (5)

1. Aus Metall gegossener Motorblock (1) mit wenigstens einer Kanalanordnung, vorzugsweise für die Schmiermittel­ versorgung von Lagerstellen, bei dem jeweils die Kanalan­ ordnung durch ein vorgefertigtes Rohrsystem (6, 7) gebil­ det wird, das zumindest mit einem Teil seiner Kanallängen von dem metallischen Werkstoff umgossen ist.

2. Verfahren zur Herstellung eines Motorblocks mit wenig­ stens einer eingeformten Kanalanordnung, die vorzugsweise der Schmiermittelversorgung von Lagerstellen dient, durch Gießen, bei dem die Kanalanordnung durch ein zusammenhän­ gendes in seinem vorgesehenen Verlauf vorgefertigtes Rohr­ system gebildet wird, das mit einem fließfähigen, vorzugs­ weise aushärtbaren Gießereiformstoff gefüllt wird und anschließend in die Gießform eingelegt und/oder teilweise eingeformt wird, bei dem danach die nicht vom Formstoff der Gießform umschlossenen Teile des Rohrsystems mit der Metallschmelze umgossen werden und anschließend nach dem Aus formen des Gußstücks der Formstoff aus dem nunmehr eingegossenen Rohrsystem entfernt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrsystem aus Normalstahl hergestellt ist und mit einem Überzug auf einem NE-Metall versehen ist.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke derjenigen Rohre des Rohrsystems, die vom Gußwerkstoff zumindest zum Teil umschlossen werden, auf die größte Wandstärke des Gußstücks im Umschließungs­ bereich abgestimmt ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrsystem aus Teilstücken zusammen­ gesetzt ist, wobei die einzelnen Teilstücke an ihren gegen­ seitigen Anschluß stellen dicht miteinander verbunden sind.