EP1240959A2 - Gusskern für den Kühlmantel eines Kurbelgehäuses einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Gusskern für den Kühlmantel eines Kurbelgehäuses einer Brennkraftmaschine Download PDF

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EP1240959A2
EP1240959A2 EP02004816A EP02004816A EP1240959A2 EP 1240959 A2 EP1240959 A2 EP 1240959A2 EP 02004816 A EP02004816 A EP 02004816A EP 02004816 A EP02004816 A EP 02004816A EP 1240959 A2 EP1240959 A2 EP 1240959A2
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EP
European Patent Office
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core
crankcase
coolant
cast
cylinders
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Benedikt Biechele
Martin Sachrau
Heinz Paschen
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Bayerische Motoren Werke AG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D17/00—Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
    • B22D17/20—Accessories: Details
    • B22D17/22—Dies; Die plates; Die supports; Cooling equipment for dies; Accessories for loosening and ejecting castings from dies
    • B22D17/24—Accessories for locating and holding cores or inserts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C21/00—Flasks; Accessories therefor
    • B22C21/12—Accessories
    • B22C21/14—Accessories for reinforcing or securing moulding materials or cores, e.g. gaggers, chaplets, pins, bars
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/10—Cores; Manufacture or installation of cores
    • B22C9/108—Installation of cores
    • 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
    • F02B75/22—Multi-cylinder engines with cylinders in V, fan, or star arrangement
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
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    • F02B75/16—Engines characterised by number of cylinders, e.g. single-cylinder engines
    • F02B75/18—Multi-cylinder engines
    • F02B2075/1804—Number of cylinders
    • F02B2075/1824—Number of cylinders six

Definitions

  • the invention relates to a cast core for a coolant jacket of a crankcase an internal combustion engine according to the in the preamble of claim 1 mentioned type and is based on EP 0 788 855 A1.
  • the cast core represents the later coolant room for the cylinder cooling, encloses three cylinders and has on the Side facing the cylinder head via core supports, which later transfer the coolant from the crankcase into the cylinder head.
  • To fix the position Casting core in the mold during the casting process are in this on the Side of the core supports, four holes drilled in the direction of the cylinder axes. In these four holes are holding elements that are part of the mold, before the casting process is introduced and the casting core is thus in the parting plane of The crankcase and cylinder head are fixed in position in the mold.
  • the cast core has two raised Areas in the area of the cylinder wall that form fit with the mold form.
  • a disadvantage of this configuration is the great effort required to fix the position Cast core in the mold and the necessary coolant jacket thickness, the minimum must be designed as strong as the diameter of the holding elements.
  • the object of the invention is to provide an inexpensive mold with which narrow coolant jacket thicknesses can be realized and at the same time tight Dimensional tolerances are observed.
  • a cast core designed in this way can advantageously be used both for closed-deck and open-deck crankcases.
  • Closed-deck crankcase means that only the areas of the core supports in the finished crankcase act as coolant passage openings in the direction of the cylinder head.
  • the entire cross-section of the coolant jacket around the cylinders is open in the direction of the cylinder head.
  • the sealing and the determination of the size of the coolant passage openings from the coolant jacket in the crankcase to the cylinder head is carried out exclusively by the geometric design of the cylinder head gasket.
  • a cast core designed in this way can be used both for in-line engines and for engines with cylinders in a V arrangement.
  • the cast cores can be produced in one piece, for example as a sand cast core or by using metal foams.
  • An embodiment according to claim 2 allows any geometric design the bridge, since it no longer has a coolant-carrying function. So can the bridge is designed exclusively from a mechanical strength point of view to give the mold the greatest possible rigidity, despite the smallest coolant wall thickness, to rent. That means that the core of the casting is made by the Casting buoyancy forces caused by the molten metal, which on the Cast core load, is not deformed. Highest dimensional stability of the cast core and thus dimensional accuracy of the crankcase is the result. As a result, complex, subsequent mechanical post-processing steps are eliminated.
  • the bridge and the casting core according to claim 3 in one Work step. Additional holding elements are for this cast core unnecessary. The manufacturing costs are thus significantly reduced.
  • An arrangement according to claim 5 facilitates the demolding of the crankcase after the casting process from the mold.
  • the position of the casting core in the casting mold defined three-dimensionally.
  • the cast core is easy to use in the mold and narrow Tolerances are observed.
  • Fig. 1 shows a cast core 1 for a coolant jacket of a crankcase Reciprocating internal combustion engine with six cylinders 2, 2 ', the two rows of cylinders 10, 10 'form in a V arrangement.
  • the cast core 1 consists of a coolant pump interior 6, a main channel 7, six, in which the cylinders 2, 2 'formed V arranged risers 8, 8' and six ring channels 9, 9 ', the are arranged around a cylinder 2, 2 '. On each riser 8, 8 'and on each ring channel 9, 9 ', is in the direction of a cylinder head, not shown end of a core support 3, 3 'formed.
  • the coolant When the internal combustion engine is operating, the coolant is supplied by a coolant, not shown Coolant pump from the coolant pump interior 6, into the main channel 7 conveyed and from there via the riser channels 8, 8 'further into the ring channels 9, 9 '. Through the risers 8, 8 ', the coolant is further into a not shown Cylinder head transported and then returned to the coolant pump.
  • the Coolant flow directions in the coolant jacket are shown schematically by arrows shown.
  • the mold 1 shown here is made of a quartz sand bonded with synthetic resin manufactured.
  • synthetic resin manufactured.
  • other materials for example with a Binder-bound glass grains or metal foams or sintered oxide ceramics, can be used like aluminum or zirconium oxide.
  • the cast core 1 After the cast core 1 has been produced in one piece, it is not converted into one shown, two-part mold inserted that the bridges 4, 4 'in the mold parting plane rest on the lower mold half and from the upper mold half be held in place. As a result, the casting core 1 while the casting process when high pressures through the molten metal onto the casting core 1 act, torsionally rigid, fixed to the mold parting plane.
  • the axial Core support 5 forms a positive connection with the upper mold half and fixes the Cast core 1 in the plane of the mold parting plane.
  • This configuration means that the core wall thicknesses are a few millimeters possible, even in the critical area between the individual cylinders 2, 2 '.
  • the bridges 4, 4 ' which are designed in the form of strips in the exemplary embodiment, can however, depending on the required mechanical stability in other cross sections be formed.

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Abstract

Gusskern (1) für den Kühlmittelmantel eines Kurbelgehäuses einer Brennkraftmaschine mit in zumindest einer Reihe angeordneten Zylindern (2, 2') und mit Kernstützen (3, 3'), die zumindest eine, einem Zylinderkopf benachbarte Kurbelgehäusewand durchdringen, wobei die Kernstützen (3, 3') von zumindest zwei, in einer Reihe liegenden Zylindern (2, 2') über zumindest eine Brücke (4, 4') miteinander verbunden sind. Durch die hier beschriebene Konstruktion erhält der Gusskern höchste Steifigkeit beim Gießvorgang. Dadurch sind die Kühlmittelkanäle des Kühlmittelmantels durch engste Kühlmitteldurchtrittsöffnungen darstellbar. Darüberhinaus gewährleistet die Kernsteifigkeit die Einhaltung engster Maßtoleranzen, wodurch aufwendige nachträgliche mechanische Bearbeitung entfallen kann. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Gusskern für einen Kühlmittelmantel eines Kurbelgehäuses einer Brennkraftmaschine gemäss der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art und geht aus von der EP 0 788 855 A1.
In dieser Offenlegungsschrift ist eine Gießvorrichtung und ein zugehöriger Gusskern für ein Kurbelgehäuse in closed-deck-Anordnung einer Brennkraftmaschine mit Zylindern in V-Anordnung beschrieben. Der Gusskern stellt den späteren Kühlmittelraum für die Zylinderkühlung dar, umschließt drei Zylinder und verfügt auf der dem Zylinderkopf zugewandten Seite über Kernstützen, welche später den Kühlmittelübertritt vom Kurbelgehäuse in den Zylinderkopf darstellen. Zur Lagefixierung des Gusskerns in der Gießform während des Gießvorganges sind in diesem auf der Seite der Kernstützen, vier Bohrungen in Richtung der Zylinderachsen eingearbeitet. In diese vier Bohrungen werden Halteelemente, die ein Teil der Gussform sind, vor dem Gießvorgang eingeführt und der Gusskern wird somit in der Trennebene von Kurbelgehäuse und Zylinderkopf in der Gießform lagefixiert. Zur Fixierung des Gusskerns in Richtung der Zylinderachsen verfügt der Gusskern über zwei erhabene Bereiche im Bereich der Zylinderwandung, die mit der Gießform einen Formschluss bilden.
Nachteilig an dieser Ausgestaltung ist der große Aufwand für die Lagefixierung des Gusskerns in der Gießform und die notwendige Kühlmittelmantelstärke, die mindestens so stark ausgelegt sein muss, wie der Durchmesser der Halteelemente.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine kostengünstige Gussform darzustellen, mit der schmale Kühlmittelmantelstärken realisiert werden können und gleichzeitig enge Maßtoleranzen eingehalten werden.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafterweise lässt sich ein derart gestalteter Gusskern sowohl für closed-deckals auch für open-deck-Kurbelgehäuse einsetzen. Closed-deck-Kurbelgehäuse bedeutet, dass nur die Bereiche der Kernstützen beim fertigen Kurbelgehäuse als Kühlmitteldurchtrittsöffnungen in Richtung Zylinderkopf fungieren. Abweichend davon ist bei einer open-deck-Konstruktion der gesamte Querschnitt des Kühlmittelmantels um die Zylinder in Richtung zum Zylinderkopf offen. Die Abdichtung und die Festlegung der Größe der Kühlmitteldurchtrittsöffnungen vom Kühlmittelmantel im Kurbelgehäuse zum Zylinderkopf erfolgt ausschließlich durch die geometrische Ausgestaltung der Zylinderkopfdichtung.
Ferner ist ein derart gestalteter Gusskern sowohl für Reihenmotoren als auch für Motoren mit Zylindern in V-Anordnung einsetzbar.
Die Gusskerne sind einstückig, beispielsweise als Sandgusskern oder durch die Verwendung von Metallschäumen, herstellbar.
Durch die Realisierung kleinstmöglicher Kühlmittelmantelstärken für die Kühlmittelhohlräume kann die Baugröße der Brennkraftmaschine deutlich reduziert und somit Gewicht eingespart werden.
Eine Ausgestaltung nach Anspruch 2 gestattet die beliebige geometrische Gestaltung der Brücke, da diese keine kühlmittelführende Funktion mehr hat. Somit kann die Brücke ausschließlich nach mechanischen Festigkeitsgesichtspunkten ausgestaltet werden, um der Gussform eine größtmögliche Steifigkeit, trotz kleinster Kühlmittelwandstärken, zu verleihen. Das bedeutet, dass der Gusskern durch die beim Gießvorgang auftretenden Auftriebskräfte durch die Metallschmelze, die auf den Gusskern lasten, nicht deformiert wird. Höchste Formbeständigkeit des Gusskerns und somit Maßhaltigkeit des Kurbelgehäuses ist die Folge. Hierdurch können aufwendige, nachträgliche mechanische Nachbearbeitungsschritte entfallen.
Vorteilhafterweise können die Brücke und der Gusskern nach Anspruch 3 in einem Arbeitsgang gefertigt werden. Zusätzliche Haltelemente sind für diesen Gusskern nicht notwendig. Somit werden die Herstellkosten deutlich reduziert.
Gemäss Anspruch 4 werden keine zusätzlichen Kernstützen benötigt, die für die Lagefixierung des Gusskerns das Kurbelgehäuse durchdringen. Ein späteres Verschließen dieser zusätzlichen Durchbrüche entfällt komplett. Somit werden für die fertigen Kurbelgehäuse die Nacharbeitskosten zum Verschließen dieser Bohrungen eingespart, wodurch die Fertigung eines Kurbelgehäuses wiederum verbilligt wird. Ein weiterer Vorteil ergibt sich daraus, dass kein Bereich des kühlmittelführenden Raumes zur Abstützung der Form herangezogen wird, wodurch ein Höchstmaß an Formgenauigkeit mit engsten Toleranzen möglich ist und gleichzeitig den Strömungswiederstand für das Kühlmittel in den Kühlmittelkanälen reduziert.
Eine Anordnung nach Anspruch 5 erleichtert das Entformen des Kurbelgehäuses nach dem Gießvorgang aus der Gießform.
Durch die Anordnung gemäss Anspruch 6 ist die Lage des Gusskerns in der Gießform dreidimensional definiert.
Gemäß Anspruch 7 ist der Gusskern einfach in die Gießform einsetzbar und engste Toleranzen werden eingehalten.
Im Folgenden ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel anhand einer einzigen Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 zeigt einen Gusskern 1 für einen Kühlmittelmantel eines Kurbelgehäuses einer Hubkolben-Brennkraftmaschine mit sechs Zylindern 2, 2', die zwei Zylinderreihen 10, 10' in einer V-Anordnung bilden. Der Gusskern 1 besteht aus einem Kühlmittelpumpeninnenraum 6, einem Hauptkanal 7, sechs, in dem von den Zylindern 2, 2' gebildeten V angeordneten Steigkanälen 8, 8' und sechs Ringkanälen 9, 9', die um jeweils einen Zylinder 2, 2' angeordnet sind. An jedem Steigkanal 8, 8' und an jedem Ringkanal 9, 9', ist an das, in Richtung eines nicht dargestellten Zylinderkopfes weisende Ende eine Kernstütze 3, 3' angeformt. Die Kernstützen 3, 3', die an die Ringkanäle 9, 9' je einer Zylinderreihe 10, 10'angeformt sind, sind durch eine Brücke 4, 4' miteinander verbunden. Zwischen den Zylinderreihen 10, 10' ist an den Hauptkanal 7 eine axiale Kernstütze 5 angeformt.
Bei Betrieb der Brennkraftmaschine wird das Kühlmittel von einer nicht dargestellten Kühlmittelpumpe von dem Kühlmittelpumpeninnenraum 6 ausgehend, in den Hauptkanal 7 gefördert und von dort über die Steigkanäle 8, 8' weiter in die Ringkanäle 9, 9'. Durch die Steigkanäle 8, 8' wird das Kühlmittel weiter in einen nicht dargestellten Zylinderkopf befördert und anschließend zur Kühlmittelpumpe zurückgeleitet. Die Kühlmittelströmungsrichtungen im Kühlmittelmantel sind durch Pfeile schematisch dargestellt.
Die hier dargestellte Gießform 1 ist aus einem mit Kunstharz gebundenen Quarzsand gefertigt. Es sind jedoch auch andere Materialien, beispielsweise mit einem Bindemittel gebundene Glaskörner oder Metallschäume oder gesinterte Oxydkeramiken, wie Aluminium- oder Zirkonoxyd einsetzbar.
Nach der einstückigen Herstellung des Gusskerns 1 wird dieser derart in eine nicht dargestellte, zweigeteilte Gießform eingelegt, dass die Brücken 4, 4' in der Gießformtrennebene auf der unteren Gießformhälfte aufliegen und von der oberen Gießformhälfte in ihrer Lage gehalten werden. Hierdurch wird der Gusskern 1, während des Gießvorganges, wenn hohe Drücke durch die Metallschmelze auf den Gusskern 1 wirken, verwindungssteif normal zur Gießformtrennebene lagefixiert. Die axiale Kernstütze 5 bildet einen Formschluss mit der oberen Gießformhälfte und fixiert den Gusskern 1 in der Ebene der Gießformtrennebene.
Durch diese Ausgestaltung sind Gusskernwandstärken von wenigen Millimetern möglich, auch im kritischen Bereich zwischen den einzelnen Zylindern 2, 2'.
Die Brücken 4, 4', die im Ausführungsbeispiel leistenförmig ausgebildet sind, können jedoch je nach erforderlicher mechanischer Stabilität in anderen Querschnitten ausgeformt sein.
Weiterhin ist es auch möglich, nicht alle Kernstützen 3, 3' von einer Zylinderreihe 10, 10' mit einer Brücke 4, 4' zu verbinden, sondern beispielsweise nur die zueinander entferntesten Kernstützen 3, 3'.
In einer weiteren Ausführungsform ist es auch möglich, die Kernstützen 3, 3' der Steigkanäle 8, 8' mit einer Brücke 4, 4' zu versehen.
Bezugszeichenliste:
1
Gusskern
2, 2'
Zylinder
3, 3'
Kernstütze
4, 4'
Brücke
5
axiale Kernstütze
6
Kühlmittelpumpeninnenraum
7
Hauptkanal
8, 8'
Steigkanal
9, 9'
Ringkanal
10, 10'
Zylinderreihe

Claims (7)

  1. Gusskern für einen Kühlmittelmantel eines Kurbelgehäuses einer Brennkraftmaschine mit in zumindest einer Reihe angeordneten Zylindern und mit Kernstützen, die zumindest eine, einem Zylinderkopf benachbarte Kurbelgehäusewand durchdringen,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Kernstützen (3, 3') von zumindest zwei, in einer Reihe liegenden Zylindern (2, 2') über mindestens eine Brücke (4, 4') miteinander verbunden sind.
  2. Gusskern nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Brücke (4, 4') außerhalb des Kurbelgehäuses ist.
  3. Gusskern nach Ansprüchen 1 und 2,
       dadurch gekennzeichnet, dass die Brücke (4, 4') aus Gusskernmaterial ist.
  4. Gusskern nach den Ansprüchen 1 und 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Brücke (4, 4') für eine formschlüssige Lagesicherung des Gusskerns (1) in einer Gießform dient.
  5. Gusskern nach zumindest einem der zuvor genannten Ansprüche, wobei die Gießform mindestens eine Trennebene hat,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Brücke (4, 4') in einer Trennebene der Gießform angeordnet ist.
  6. Gusskern nach zumindest einem der zuvor genannten Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine axiale Kernstütze (5) die Lage des Gusskerns (1) in der Gießform in Richtung einer Zylinderreihe definiert.
  7. Gusskern nach zumindest einem der zuvor genannten Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Gusskern (1) einstückig ist.
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