DE8509908U1 - Gießkern für einen Kühlwassermantel eines Zylinderblocks einer Hubkolben-Brennkraftmaschine mit einer Kühleinrichtung von Stegen zwischen benachbarten Zylindern des Zylinderblocks sowie entsprechend hergestellter Zylinderblock - Google Patents

Description

···« .ti til

»I · · till Il III

<· ·>· Il · < 1 I I

I · · · I I ■ I I I

lilt·· · I Il Il III

<^Gießkern für einen Kühlwassermantel eines Zylinderblocks einer Hubkolben-Brennkraftmaschine mit einer Kühleinrichtung von Stegen zwischen benachbarten Zylindern des Zylinderblocks sowie entsprechend herge stellter Zylinderblock ^

Die Erfindung betrifft einen Gießkern gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie einen mit diesem Gießkern hergestellten Zylinderblock gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 5.

Bei der Herstellung von Zylinderblöcken von wassergekühlten Kolben-Brennkraftmaschinen ist man immer mehr dazu übergegangen, die Zylinder möglichst engständig zusammenzugießen, um dadurch eine kurze Bauform des Zylinderblockes verwirklichen zu können. Diese engständige Anordnung von Zylindern führt zu Stegbereichen mit einer Dicke von weniger als 9 mm und insbesondere weniger als 8,5 mm im fertig bearbeiteten Zustand. Die Kühlung derartiger Zylinderblöcke erfolgt bislang mit Hilfe eines Kühlwassermantels, der die Zylinderwände an beiden Längsseiten und den beiden Stirnseiten des Zylinderblocks umgibt.

Der Erfinder hat nun erkannt, daß die Gefahr des Klopfens derartiger Hubkolben-Brennkraftmaschinen sowie Probleme mit Hinsicht auf die Zylinderabdichtung derartiger Zylinderblöcke insbesondere bei hochbelasteten Motoren auf thermische Probleme zurückzuführen sind, die sich aus einer ungenügenden Kühlung der schmalen Stegbereiche zwischen

extrem engständig angeordneten Zylindern ergäben. Aufgrund der sehr engen Stegdicken ergeben sich jedoch erhebliche Probleme, um geeignete Kühleinrichtungen für die Stegbereiche zu konzipieren.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, mit welcher sich in einfacher und verläßlicher Weise eine Kühleinrichtung für Stege von engständig angeordneten Zylindern eines Zylinderblocks verwirklichen läßt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 enthaltenen Merkmale gelöst.

Nach Maßgabe der Erfindung werden separate Kerne verwendet, die die beiden Längsseiten des Mantelkerns in den späteren Stegbereichen des Zylinders überbrücken und zur Bildung von Kühlwasserkanälen dienen, welche die beiden Längshälften des Kühlwassermantels schließlich miteinander verbinden und dadurch für eine Wärmeabfuhr der sehr schmalen Stege infolge Wasserzirkulation führen. Die separaten Kerne besitzen den Vorteil, daß sie hinsichtlich Formgebung und Materialwahl im wesentlichen unabhängig vom eigentlichen Mantelkern sind, der zur Bildung des Kühlwassermantels verwendet wird. Dies ist sehr wesentlich, weil die Kerne extrem klein dimensioniert werden müssen und somit besondere Gefahrenpunkte beim Gießen des Sinterblocks darstellen und dieser. Bedingungen durch geeignete Formgebung und Materialwahl des Kernes Rechnung getragen werden kann. Erst mit solchen separaten Kernen lassen sich sandgeformte Hohlräume zur Kühlwasserführung gußtechnisch unterbringen, was bislang noch nicht gelungen ist.

Zweckmäßigerweise werden die Kerne für die Bildung der Kühlwasserkanäle aus Zirkonsand mit sehr feiner Körnung geformt, um eine hohe Schüttdichte und damit eine große Festigkeit des Sonderkerns zu erreichen.

im

tit

Zwecki.ia'ßigerweise sind die Kerne für die KUhlwasserkanäle entsprechend den Merkmalen des Anspruches 3 und den Merk» malen des Anspruchs 4 gestaltet. Damit wird einerseits das Strömungsverhalten des Kühlwassers durch die Kühlwasserkanäle und damit die Kühlung des Stegs verbessert, andererseits jedoch im Bereich der Befestigungsstelle zwischen Kern der Kühlwasserkanäle und Mantelkern eine ausreichende Kernstärke erreicht, um einen guten Verbund zwischen dem Mantelkern und den Sonderkernen für die Kühlwasserkanäle zu erreichen, welche an beiden Enden in den Mantelkern eingepaßt und dort verklebt sind.

Der Zylinderblock gemäß den Merkmalen des kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 5 zeichnet sich durch eine sehr gute Wärmeabfuhr auch in den kritischen Stegbereichen auch bei hoch belasteten Motoren aus, wodurch Dichtprobleme und Klopfgefahren gemindert werden.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen ZyI inderblock einer

mehrzylindrigen Hubkolben-Brennkraftmaschine (Schnitt D-D von Fig. 2) ,

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Zylinderblock gemäß Fig. 1 längs Schnittlinie E-E von Fig. 1,

Fig. 3 bis 5 Einzelheiten im Schnitt längs Linie A-A, B-B und C-C des Zylinderblocks nach Fig. 1.

Fig. 1 und 2 zeigen einen mit 1 bezeichneten gußtechnisch hergestellten Zylinderblock einer beispielsweise vierzylindrigen wassergekühlten Hubkolben-Brennkraftmaschine in

·· >· t · < a >g mi

·· * · ■ Hl ti IM

I)Il t V «« ·· »I III

Reihenbauweise. Das Gehliuse 2 des Zylinderblocks 1 umfaßt mehrere hintereinander liegende Zylinder 3, die zur Erzielung einer möglichst kurzen Bäüföfm sehr engsta'ndig zusammengegossen sind, so daß nur schmale Stege 5 zwischen den benachbarten Zylindern 3 stehen bleiben. Aufgrund der engständigen Anordnung der Zylinder haben die verbleibenden Stege Dicken, die 9 mm nicht übersteigen, insbesondere kleiner als 8,5 mm im fertig bearbeiteten Zustand aufweisen.

Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Zylinderblock ist in der üblichen Weisedurch einen Kühlwassermantel 4 gekühlt, der sich aus zwei Längshälften 4a, 4b auf beiden Längsseiten des Zylinderblocks 1 und stirnseitigen Abschnitten 4c zusammensetzt. Die Herstellung des Kühlwassermantels 4 erfolgt in üblicher Weise durch einen nicht dargestellten Mantel kern.

Zur Kühlung der schmalen Stegbereiche sind im oberen Bereich der Stege 5 und zwar insbesondere in Höhe des Zylinderbrennraumes, also in dem Bereich, in dem sich die Brennräume in der oberen Totpunktstellung der Kolben ausbilden, vorgeformte Kühlwasserkanäle 7 (vgl. Fig. 3) eingegossen. Die Kühlwasserkanäle 7 verbinden hierbei die beiden Längshälften 4a, 4b des Kühlwassermantels 4, so daß auch durch die schmalen Stege Kühlwasser zirkuliert. Der Querschnitt der Kühlwasserkanäle 7 ist so bemessen, daß eine ausreichende Kühlwasserdurchströmung gewährleistet ist. Bei der dargestellten bevorzugten Ausführungsform ist je Steg ein Kühlwasserkanal 7 in Höhe des Zylinderbrennraumes angeordnet.

Die gußtechnische Herstellung der Kühlwasserkanäle, die im fertigen Zustand des Zylinderblocks gegenüber den benachbarten Zylinderräumen durch Stegwandabschnitte mit einer Dicke im Bereich von ca. 2,5 mm oder weniger getrennt sind,

CItI

erfolgt durch separate Kerne, welche nach Fertigstellung des Mantelkerns für den Kühlwassermantel 4 in den Mantelkern eingepaßt werden. Hierbei überbrücken die Kerne für die Kühlwasserkanäle die beiden gegenüberliegenden Längsseiten des Kühlmantelkerns und sind dort in entsprechenden Aussparungen insbesondere durch Kleben verankert. Die separat geschossenen Kerne der Kühlwasserkanäle sind hierbei bevorzugt in Höhe der späteren Zylinderbrennräume des Zylinderblocks angeordnet.

Für die Kerne der Kühlwasserkanäle wird ein geeignetes Material verwendet, insbesondere ein besonderer Sand mit spezieller Sandkörnung der hoch verdichtet wird, um dem Kern eine sehr hohe Festigkeit zu verleihen. Für den Kern eignet sich insbesondere Zirkonsand mit sehr feiner Körnung.

Die Fig. 3 bis 5 zeigen verschiedene Ausführungsformen von Kühlwasserkanälen, wobei der Kern eine komplementäre Form zu den in den Fig.3 bis 5 abgebildeter. Kühlwasserkanälen aufweist.

Entsprechend Fig. 3 ist der Kühlwasserkanal 7 zylindrisch ,'/

ausgebildet (vgl. hierzu auch linker Steg von Fig. 2).

Nach Maßgabe von Fig. 4 weist der Kühlwasserkanal 7a über seine gesamte Länge eine gleichbleibende Höhe auf, verändert sich jedoch in seiner Breite, wie aus Fig. 2, mittlere Darstellung des Steges ersichtlich ist. Ausgehend von der engsten Stelle des Steges 5 in der Symmetrieebene der Zylinder erweitert sich der Kühlwasserkanal 7a beidseitig horizontal zu den Längshälften 4a, 4b des Kühlwassermantels in Art einer Trompete. Dadurch verbessert sich nicht nur das Strömungsverhalten des klihlmediums, sondern

II I I I ( * t

I Il Il I * I

* I · I I t · ·

III ItIt ft I ■ · I · I I

«·■ · · · tit

> · * · ι in a· ·■■

erreicht man auch im Bereich der BefestigungsstelIe des Sonderkerns am eigentlichen Kern des Wassermantels einen ausreichend großen Bereich für einen paßgenauen Verbund des Kerns für den Kühlwasserkanal mit dem Mantelkern.

Die gleichen Vorteile bietet die Ausführungsform eines Kühlwasserkanals 7b nach Fig. 5, der in seiner Höhe variiert. Ausgehend von der engsten Stelle des Stegs im Bereich der Symmetrieebene der Zylinder erweitert sich der Klihlwasserkanal 7b beidseitig vertikal zu den Längshälften 4a, 4b des Kühlwassermantels 4. Alternativ kann der Kühlwasserkanal 7b sich auch in der Breite analog zur Ausführungsform nach Fig. 4 ändern, wie insbesondere aus Fig. 2, rechte Darstellung des Kühlwasserkanals 7b ersichtlich ist.

• · · · I · M Il Il «if · ·

• · · I I I ι ι ι < ι ( ■

• · tu ι ι* ti ι« · ·»

• * Il I III III« · · 4 J· III I II···

it <M Il Il Il »· «I

Claims (5)

1. Gießkern für einen Kühlwassermantel eines Zylinderblocks einer Hubkolben-Brennkraftmaschine mit einer Kühleinrichtung von Stegen zwischen benachbarten, extrem engständig zusammengegossenen Zylindern des Zylinderblocks, deren Zylinderwände auf beiden Längsseiten und Stirnseiten des Zylinderblocks von einem Kühlwassermantel umgeben sind, mit einem Mantelkern zur Bildung des Kühlwassermantels, gekennzeichnet durch separate Kerne zur Bildung von Kühlwasserkanälen (7, 7a, 7b) in den Stegen (5), die in Höhe des Zylinderbrennraumes die beiden gegenüberliegenden Längsseiten des Mantelkerns überbrücken und in diesen beidendig eingepaßt sind.

2. Gießkern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Kerne für die Kühlwasserkanäle (7, 7a, 7b) aus hochverdichtetem Zirkonsand unabhängig vom

Mantelkern geformt sind.

3. Gießkern nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Kerne für die Kühlwasserkanäle (7, 7a, 7b) sich ausgehend von der engsten Stelle des Steges (5) an der Symmetrieebene der Zylinder horizontal zu den Längshälften (4a, 4b) des Kühlwassermantels (4) hin trompetenartig erweitern.

• « «II I ··«·«

• « < · * Il ti Il ·« 4»

■ ■ · β C ·

• ■ ■ ■ 1 · · ·

4. Gießkern nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

J dadurch gekennzeichnet , daß die Kühl-

^j viasserkanäle sich ausgehend von der engsten Stelle des

j Steges (5) an der Symmetrieebene der Zylinder (3)

vertikal zu den Längshälften (4a, 4b) der Kühlwassermantel (4) hin trompetenartig erweitern.

*j

5. Zylinderblock einer Hubkolbenbrennkraftmaschine,

mit extrem engständig zusammengegossenen Zylindern, deren Zylinderwände auf beiden Längsseiten und Stirnseiten des Zylinderblocks von einem Kühlwassermantel umgeben sind, hergestellt mit einem Gießkern nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die schmalen Stege (5) zwischen benachbarten Zylindern (3} mindestens in Höhe der Zylinderbrennraume jeweils mindestens einen vorgeformten Kühlwasserkanal (7, 7a, 7b) aufweisen, der die beiden Längshälften {4a, 4b) des Kühlwassermantels (4) miteinander verbindet.

I* ill* Il I· it t

Ί I ill I Il Ii Il

I I «I I III ··#!

If fit I if