EP0682574A1 - Motorblock mit eingegossener kanalanordnung und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Motorblock mit eingegossener kanalanordnung und verfahren zu seiner herstellung

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EP0682574A1
EP0682574A1 EP95903271A EP95903271A EP0682574A1 EP 0682574 A1 EP0682574 A1 EP 0682574A1 EP 95903271 A EP95903271 A EP 95903271A EP 95903271 A EP95903271 A EP 95903271A EP 0682574 A1 EP0682574 A1 EP 0682574A1
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EP
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pipe system
casting
engine block
cast
channel arrangement
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EP0682574B1 (de
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Nico Johan Van Bezeij
Rolf Weber
Josef Malsbenden
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Eisenwerk Bruehl GmbH
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Eisenwerk Bruehl GmbH
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01M—LUBRICATING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; LUBRICATING INTERNAL COMBUSTION ENGINES; CRANKCASE VENTILATING
    • F01M11/00—Component parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart from, groups F01M1/00 - F01M9/00
    • F01M11/02—Arrangements of lubricant conduits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/02—Cylinders; Cylinder heads  having cooling means
    • F02F1/10—Cylinders; Cylinder heads  having cooling means for liquid cooling
    • F02F1/108—Siamese-type cylinders, i.e. cylinders cast together
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F7/00—Casings, e.g. crankcases or frames
    • F02F7/0002—Cylinder arrangements
    • F02F7/0007—Crankcases of engines with cylinders in line
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/16—Engines characterised by number of cylinders, e.g. single-cylinder engines
    • F02B75/18—Multi-cylinder engines
    • F02B2075/1804—Number of cylinders
    • F02B2075/1816—Number of cylinders four

Definitions

  • the invention relates to an engine block cast from metal with at least one channel arrangement, preferably for the lubricant supply of bearing points.
  • Components made of steel, gray or spheroidal cast iron or other casting alloys are known, for the production of hydraulic flow channels correspondingly short pipe sections in the Insert the casting mold before introducing the melt and pour the metal around it accordingly.
  • the tubes used for this must be of two-part cross-section, only the outer tube having to be made of simple steel, while alloy steel, chromium-nickel steel or similarly expensive materials are used for the inner tube part. This is the only way to ensure that the outer tube piece melts in whole or in part during the casting process, thus creating a material connection between the casting and the outer tube part and, at the same time, an improved connection with the inner tube part is also achieved. Deformations of the inner tube part are, however, reliably excluded by the fact that it is protected from melting.
  • the object of the invention is to create an engine block with a completely cast channel arrangement.
  • This object is achieved according to the invention with an engine block cast from metal with at least one channel arrangement, preferably for the lubricant supply to bearing points, in which the channel arrangement is formed in each case by a prefabricated pipe system which is at least part of its channel length dependent on the metallic see material is overmolded.
  • the particular advantage of this arrangement according to the invention is that the complete channel arrangement is formed by pipes, specifically by a prefabricated pipe system. For the casting process, it is only necessary to insert a single additional component in the form of a "pipe spider” or "pipe harp" into the casting mold.
  • Such a prefabricated pipe system in the form of a "pipe harp" can consist, for example, of a main channel which runs through the engine block in the axial direction and from which branch subchannels branch in each case, which lead to the individual bearing points, for example the crankshaft.
  • connection end can be led out of the engine block with a predetermined length and thus a much greater freedom for the sub ⁇ Bring of additional units, such as oil filters, oil pumps, or the like. Is given in the engine compartment.
  • additional units such as oil filters, oil pumps, or the like.
  • a sand with a binder is preferably provided here, which burns under the influence of the casting process and then by blowing out and, if appropriate, subsequent spherical rays can be removed. It is possible to provide an outer diameter of approximately 10 mm for a main channel and the subchannels branching off to the individual crankshaft bearing points can have an outer diameter of, for example, 6 to 8 mm.
  • the invention provides that the channel arrangement be provided by a coherent, in its intended course prefabricated pipe system is formed, which is filled with a flowable, preferably hardenable foundry molding material and then inserted and / or partially molded into the casting mold, in which the parts of the pipe system not enclosed by the molding material of the casting mold are then cast around with the molten metal and then, after the casting has been formed, the molding material is removed from the pipe system which is now cast in.
  • the advantage of this method is that the desired channel arrangement can be inserted and / or partially molded into the casting mold with a handle, so to speak, using a preformed pipe system made of single-wall pipes. This reduces the number of additional steps for inserting pipes to a minimum in the area of manufacturing the foundry mold, since the pipe system is inserted as a "pipe spider" or "pipe harp".
  • the pipe system is made of normal steel, for example St 12-03, and is provided with a coating of a non-ferrous metal. Copper or tin or other suitable non-ferrous metals are suitable as non-ferrous metals. This non-ferrous metal coating has practically no meaning for the casting process itself, but only serves to prevent rusting of the outer surface of the pipe system.
  • the wall thickness of those pipes of the pipe system which are surrounded by the casting material is matched to the greatest wall thickness of the casting in the enclosure area.
  • Wall thicknesses of the casting a wall thickness of, for example, 2 mm is sufficient for the pipe to be poured in, in connection with the molding material filling of the pipe system, to prevent complete melting during the casting.
  • the pipe system is composed of partial pieces, the individual partial pieces being tightly connected to one another at their mutual connection points.
  • This tight connection can be made, for example, by welding.
  • FIG. 1 is a schematic plan view of a four-cylinder engine block made of gray cast iron or nodular cast iron with a crankshaft with five bearings;
  • Fig. 2 shows a vertical section. the line
  • FIG. 3 is an enlarged view of the detail x in FIG. 2nd
  • FIG. 1 of an engine block 1 cast from gray cast iron for a four-cylinder engine shows the cylinders 2 and the webs 3 between the individual cylinders 2, in which the bearings for the crankshaft are fastened.
  • a main channel 6 runs in a lateral projection 5 for the lubricant supply to the bearing points of the crankshaft bearing, from which two channels 7 branch off to the individual bearing points.
  • the main channel 6 and the branching subchannels 7 are now formed in one piece as a prefabricated pipe system and have the shape of a "pipe harp". As can be seen from the sectional view in FIG. 2, the subchannels 7 do not run in a straight line between the
  • Main channel 6 and the web 3 for the crankshaft bearing are curved so that the mouth 8 for the bearing point with an intended direction of rotation of the crankshaft according to the arrow 9 open into a non-loaded part of the bearing.
  • the subchannel 7 also runs partially outside the casting material, this part then being embedded in the molding material of the casting mold.
  • the free ends of the pipe system are each dimensioned so long that they protrude from the finished casting and, accordingly, can be inserted into corresponding core marks in the casting mold and held there for the casting process.
  • each orifice holes are machined, in which a corresponding drawing Process the hole is provided with an outwardly shaped collar 10.
  • the correspondingly preformed tube of the subchannel 7 is then plugged onto this collar 10 and welded tightly to the tube of the main channel 6.
  • Simple steel for example steel quality St 12-03, can be used for the pipes.
  • GG 25 nodular cast iron GG V40 and similar material are particularly suitable as the casting material.

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Description

Bezeichnung: Motorblock mit eingegossener Kanalanordnung und Verfahren zu seiner Herstellung Beschreibung:
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 Ubergangsbereichen 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- sehen Werkstoff umgössen 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 umgössen 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 Rohrsyste , das mit einem Handgriff in die Gießform einlegbar ist, beim Gießen nicht zusammenfällt, wenn zuvor das Rohrsystem vollständig durch ein "Einschießen" mit einem fließfähigen Giessereifor stoff, beisielsweise Formsand, gefüllt wird.
Vorzugsweise wird hier ein Sand mit einem Binder vorgesehen, der unter der Hiteeinwirkung 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 umgössen 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 Hersteilens 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 Anschlußstellen 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

Ansprüche :
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 umgössen 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 umgössen werden und anschließend nach dem Ausformen 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 Anschlußstellen dicht miteinander verbunden sind.
EP95903271A 1993-12-02 1994-11-23 Verfahren zur herstellung eines motorblocks mit eingegossener kanalanordnung Expired - Lifetime EP0682574B1 (de)

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AT (1) ATE175911T1 (de)
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