EP1440749A1 - Verfahren zur Herstellung eines Zylinderblockes im Verbundguss für eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines Zylinderblockes im Verbundguss für eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine Download PDF

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cylinder block
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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
    • B22D19/00—Casting in, on, or around objects which form part of the product
    • B22D19/0009—Cylinders, pistons

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a cylinder block in the Composite casting for a liquid-cooled internal combustion engine, in which several cylinder tubes made of aluminum alloy that are connected in one piece as a cast insert in a cylinder block housing forming mold is cast with a magnesium alloy, wherein the cylinder tubes in an end section over a molded, the Cylinder tubes spaced apart for a coolant chamber open on the cylinder head side circumferential cladding wall can be brought into the cast connection.
  • Such a cylinder block produced in composite casting is made of, for example DE 44 09 750 A1 known, which in a machine housing from a Magnesium alloy cast as insert, which includes the cylinder tubes Aluminum die-cast part is formed.
  • die cast parts are low Dimensional tolerance deviations can die casting the known machine housing with the coolant compartment arranged in the insert a mold core to be filled in completely to impress the envelope wall to avoid under the casting pressure.
  • US Pat. No. 5,862,852 describes a die casting method for a Cylinder crankcase known, in which after the die-casting of the housing made of an aluminum alloy into the cylinder bores in the same die-casting mold sleeves can be cast in using a variable slide. To one Deformation of the cylinder walls when casting in the liners avoid, remains in each of the cylinder bore adjacent Coolant chamber of the mold core connected to the die Coolant space formation.
  • the invention is that the shell wall of the die-cast Inserts is heated to a predetermined temperature and that the heated Cladding wall in the die casting mold of the cylinder block housing insert to be inserted via means arranged in the die predetermined dimension is deformed away from the cylinder tubes, the forced - deformation until the magnesium alloy cools down of the cylinder block housing is maintained.
  • the envelope wall is deformed a fixedly arranged in the die casting die, which in Coolant space around the cylinder tubes on one side of the cladding acts positively outward when inserting the insert in the housing die, the pressure core at least one Casting slope acts accordingly inclined boundary on the envelope wall.
  • the envelope wall is deformed a controlled movably arranged in the die Press core, on the insert firmly inserted into the housing die controlled penetration into the coolant chamber on one side of the wall and positively over an obliquely inclined boundary to the outside acts deforming.
  • the envelope wall also experiences one with the heating according to the invention increased ductility for their plastic deformation, which is advantageous Material cracks in the envelope wall are avoided.
  • the essence of the invention is one by die casting the insert with strong Tolerance fluctuations around the envelope wall surrounding all cylinder tubes to apply a predetermined deformation at many points, whereby initially not through the Casting pressure are brought to the plant, so that finally one opening of the coolant chamber on the cylinder head by specifying the Total tolerances in the specified nominal size with minor deviations is achieved.
  • Envelope wall deformation with the shrinkage dimension for the cylinder block housing used magnesium alloy can be achieved at something stronger envelope wall deformation compared to the shrinkage dimension the metallic Connection between aluminum insert and magnesium housing after cooling of the composite casting is given safely.
  • a method for producing a cylinder block 1 in composite casting for a liquid-cooled internal combustion engine is a several cylinder tubes 2 connected in one piece in series from one Cast aluminum insert 3, encased in a cylinder block housing 4 forming die casting mold with a magnesium alloy cast around.
  • the cylinder tubes 2 are in an end section over a molded, the cylinder tubes 2 for an open cylinder head side Coolant chamber 5 spaced circumferential envelope wall 6 with the housing 4 in brought a cast connection.
  • the insert 3 described above is manufactured in a mold casting, in which As is well known, relatively large dimensional deviations occur. This means for that Envelope 6 suitable support despite the considerable dimensional tolerances find that an impression of the implementation of the composite casting process Cladding wall 6 by the pressure of the die-casting process Cylinder block housing 4 prevented.
  • the envelope wall 6 of the in Die casting manufactured inserts 3 to a predetermined temperature Increasing the ductility is heated and that the heated wall 6 in to be inserted into the die 7 of the cylinder block housing 4 Insert 3 via means 8 arranged in the die 7 predetermined dimension is deformed away from the cylinder tubes 2 such that the amount of deformation is at least the amount of shrinkage cooling magnesium alloy of the cylinder block housing 4 corresponds.
  • a fixed in the die 7 serves as the means 8 for the envelope wall deformation arranged pressure core 8 'which in the coolant chamber 5 around the cylinder tubes 2 one-sided - as exaggerated in the out-of-scale sketch - on the Envelope 6 acts in a non-positive and positive manner on the outside Inserting the insert 3 into the housing die 7. that the press core 8 'corresponds to at least one of a casting slope inclined boundary 9 acts on the envelope wall 6, whereby the press core 8 ' sliding into the coolant chamber 5 with the casing wall 6 when it is reached cooperates and thus a support of the envelope 6 over their substantial amount is achieved.
  • the firmly connected to the die 7 Press core 8 'is arranged at a distance from the cylinder tubes 2.
  • means 8 are used for deformation of the envelope wall a controlled movably arranged in the die Press core, on the insert firmly inserted into the housing die controlled penetration into the coolant chamber on the cladding force and acts positively over an inclined boundary towards the outside.

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Abstract

Für ein Verfahren zur Herstellung eines Zylinderblockes im Verbundguß für eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine, bei dem ein gegossenes, mehrere Zylinderrohre umfassendes Insert aus einer Alu-Legierung in einer Gießform für ein Zylinderblock-Gehäuse aus einer Magnesium-Legierung von dieser umgossen wird, und die Zylinderrohre von einer einen offenen Kühlmittelraum begrenzenden Hüllwand umschlossen sind, wird zur Vermeidung des Eindrückens der Hüllwand durch den Gießdruck vorgeschlagen, dass die Hüllwand des im Kokillenguß gefertigten Inserts auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt wird und in dem in eine Druckgießform des Zylinderblock-Gehäuses einzusetzenden Insert über in der Druckgießform angeordnete Mittel die Hüllwand um ein vorbestimmtes Maß von den Zylinderrohren weg nach außen verformt wird , wobei die Zwangs-Verformung bis zum Erkalten der Magnesium-Legierung des Zylinderblock-Gehäuses beibehalten wird. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Zylinderblockes im Verbundguss für eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine, bei dem mehrere miteinander einstückig verbundene Zylinderrohre aus einer AluminiumLegierung als ein gegossenes Insert in einer ein Zylinderblock-Gehäuse ausbildenden Gießform mit einer Magnesium-Legierung umgossen wird, wobei die Zylinderrohre in einem Endabschnitt über eine angeformte, die Zylinderrohre für einen zylinderkopfseitig offenen Kühlmittelraum beabstandet umlaufende Hüllwand mit dem Gehäuse in Umgußverbindung gebracht werden.
Ein derartiger im Verbundguss hergestellter Zylinderblock ist beispielsweise aus der DE 44 09 750 A1 bekannt, wobei das in ein Maschinengehäuse aus einer Magnesium-Legierung eingegossene, die Zylinderrohre umfassende Insert als Aluminium-Druckgussteil ausgebildet ist. Da bekanntlich Druckgussteile geringe maßliche Toleranzabweichungen aufweisen, kann beim Druckgießen des bekannten Maschinengehäuses der im Insert angeordnete Kühlmittelraum mit einem Formkem zur Gänze ausgefüllt werden, um ein Eindrücken der Hüllwand unter dem Gießdruck zu vermeiden.
Die Vorgehensweise der Verfüllung eines hohlen, in einem Druckgussteil eingesetzten Inserts ist aus der deutschen Patentschrift DE 41 02 358 C2 bekannt, wobei als Insert dienende Portliner in Abgaskanälen eines im Druckguss herzustellenden Zylinderkopfes vor dem Druckgießen mit einem Kernmedium zur Aufnahme des Gießdruckes gefüllt werden.
Schließlich ist aus der US 5,862,852 ein Druckgießverfahren für ein Zylinderkurbelgehäuse bekannt, bei dem nach dem Druckgießen des Gehäuses aus einer Alu-Legierung in die Zylinderbohrungen in derselben Druckgussform mittels variabler Schieber Laufbuchsen eingegossen werden. Um eine Verformung der Zylinderwandungen beim Eingießen der Laufbuchsen zu vermeiden, verbleibt in einem jeden der Zylinderbohrung benachbartem Kühlmittelraum der mit der Druckgießform verbundene Formkern zur Kühlmittelraum-Bildung.
Als weiterer Stand der Technik für ein gattungsgemäß gestaltetes Maschinengehäuse ist noch die Offenlegungsschrift DE 101 12 132 A1 zu nennen.
Keinem der vorgenannten Dokumente ist ein Hinweis oder eine Anregung dafür zu entnehmen, wie bei einem gattungsgemäßen, in einem Kokillenguss gefertigten Insert mit verfahrensbedingt größeren Maßabweichungen ein Eindrücken der Hüllwand unter dem Gießdruck des in eine Druckgießform eingesetzten Inserts sicher vermieden ist, nachdem übliche Formkerne im Kühlmittelraum wegen der erheblichen Maßabweichungen kaum an der Hüllwand zur Anlage kommen.
Hierfür eine Lösung aufzuzeigen ist Aufgabe der Erfindung.
Die Erfindung ist , dass die Hüllwand des in einem Kokillenguss gefertigten Inserts auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt wird und dass die erwärmte Hüllwand in dem in die Druckgießform des Zylinderblock-Gehäuses einzusetzenden Insert über in der Druckgießform angeordnete Mittel um ein vorbestimmtes Maß von den Zylinderrohren weg nach außen verformt wird, wobei die Zwangs ― Verformung bis zum Erkalten der Magnesium-Legierung des Zylinderblock-Gehäuses beibehalten wird.
In einer ersten Ausgestaltung der Erfindung dient als Mittel zur Hüllwand-Verformung ein in der Druckgießform fest angeordneter Drückkern, der im Kühlmittelraum um die Zylinderrohre einseitig auf die Hüllwand kraft- und formschlüssig nach außen verformend einwirkt beim Einsetzen des Inserts in die Gehäuse-Druckgießform, wobei der Drückkern mindestens über eine einer Gußschräge entsprechend geneigte Begrenzung auf die Hüllwand einwirkt.
In einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung dient als Mittel zur Hüllwand-Verformung ein in der Druckgießform gesteuert beweglich angeordneter Drückkern, der am in die Gehäuse-Druckgießform fest eingesetzten Insert beim gesteuerten Eindringen in den Kühlmittelraum einseitig auf die Hüllwand kraftund formschlüssig über eine schief geneigte Begrenzung nach außen verformend einwirkt.
Mit der erfindungsgemäß einseitigen Abstützung der Hüllwand erübrigt sich in vorteilhafter Weise eine Verfüllung des Kühlmittelraumes mit einem Kernmedium, mit dem neben einer aufwendigen Handhabung in nachteiliger Weise die Zylinderrohre zur Abstützung dienen würden mit der Folge unerwünschter Verformungen.
Weiter erfährt die Hüllwand mit der erfindungsgemäßen Erwärmung eine erhöhte Duktilität für ihre plastische Verformung, wodurch in vorteilhafter Weise Materialrisse in der Hüllwand vermieden sind.
Kern der Erfindung ist, eine durch das Kokillengießen des Inserts mit starken Toleranzschwankungen um sämtliche Zylinderrohre umlaufende Hüllwand zwecks einer vorbestimmten Verformung an vielen Punkten zu beaufschlagen, wobei zunächst nicht am Abstützmittel anliegende Hüllwandbereiche durch den Gießdruck zur Anlage gebracht werden, so dass schließlich eine zylinderkopfseitige Öffnung des Kühlmittelraumes durch eine Festlegung der Gesamttoleranzen im vorgegebenen Nennmaß mit geringen Abweichungen erzielt wird.
Weiter kann durch eine erfindungsgemäße Abstimmung des Maßes der Hüllwand-Verformung mit dem Schrumpfmaß der für das Zylinderblock-Gehäuse verwendeten Magnesium-Legierung erreicht werden, dass bei etwas stärkerer Hüllwand-Verformung gegenüber dem Schrumpfmaß die metallische Verbindung zwischen Alu- Insert und Magnesium-Gehäuse nach dem Erkalten des Verbundgußstückes sicher gegeben ist.
Die Erfindung ist nachfolgend mit Hilfe einer schematischen Skizze beschrieben.
Bei einem Verfahren zur Herstellung eines Zylinderblockes 1 im Verbundguss für eine flüssigkeitsgekühlte, nicht näher gezeigte Brennkraftmaschine wird ein mehrere in Reihe miteinander einstückig verbundene Zylinderrohre 2 aus einer Alu-Legierung umfassendes, gegossenes Insert 3 in einer ein Zylinderblock-Gehäuse 4 ausbildenden Druckgießform mit einer Magnesium-Legierung umgossen. Dabei werden die Zylinderrohre 2 in einem Endabschnitt über eine angeformte, die Zylinderrohre 2 für einen zylinderkopfseitig offenen Kühlmittelraum 5 beabstandet umlaufende Hüllwand 6 mit dem Gehäuse 4 in eine Umgussverbindung gebracht.
Das vorbeschriebene Insert 3 ist in einem Kokillenguss gefertigt, bei dem bekanntlich relativ große Maßabweichungen auftreten. Dies bedeutet, für die Hüllwand 6 trotz der erheblichen Maßtoleranzen eine geeignete Abstützung zu finden, die bei der Durchführung des Verbundgußverfahrens ein Eindrücken der Hüllwand 6 durch den Druck des im Druckgießverfahrens erzeugten Zylinderblock-Gehäuses 4 verhindert.
Hierzu wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Hüllwand 6 des in Kokillenguß gefertigten Inserts 3 auf eine vorbestimmte Temperatur zur Steigerung der Duktilität erwärmt wird und dass die erwärmte Hüllwand 6 in dem in die Druckgießform 7 des Zylinderblock-Gehäuses 4 einzusetzenden Insert 3 über in der Druckgießform 7 angeordnete Mittel 8 um ein vorbestimmtes Maß von den Zylinderrohren 2 weg nach außen verformt wird derart, dass das Maß der Verformung zumindest dem Schrumpfmaß der erkaltenden Magnesium-Legierung des Zylinderblock-Gehäuses 4 entspricht.
Als Mittel 8 zur Hüllwand-Verformung dient ein in der Druckgießform 7 fest angeordneter Drückkern 8', der im Kühlmittelraum 5 um die Zylinderrohre 2 einseitig ― wie in der unmaßstäblichen Skizze übertrieben dargestellt ― auf die Hüllwand 6 kraft- und formschlüssig nach außen verformend einwirkt beim Einsetzen des Inserts 3 in die Gehäuse-Druckgießform 7. Wesentlich hierbei ist, dass der Drückkern 8' mindestens über eine einer Gußschräge entsprechend geneigte Begrenzung 9 auf die Hüllwand 6 einwirkt, wodurch der Drückkern 8' beim Endringen in den Kühlmittelraum 5 mit der Hüllwand 6 gleitend zusammenwirkt und damit eine Abstützung der Hüllwand 6 über ihre wesentliche Höhe erzielt wird. Der mit der Druckgießform 7 fest verbundene Drückkern 8' ist von den Zylinderrohren 2 auf Abstand angeordnet.
In einer andere Ausgestaltung der Erfindung dient als Mittel 8 zur Hüllwand-Verformung ein in der Druckgießform gesteuert beweglich angeordneter Drückkern, der am in die Gehäuse-Druckgießform fest eingesetzten Insert beim gesteuerten Eindringen in den Kühlmittelraum auf die Hüllwand kraft- und formschlüssig über eine geneigte Begrenzung nach außen verformend einwirkt.

Claims (5)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Zylinderblockes im Verbundguß für eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine,
    bei dem mehrere in Reihe miteinander einstückig verbundene Zylinderrohre (2) aus einer Alu-Legierung als ein gegossenes Insert (3) in einer ein Zylinderblock-Gehäuse (4) ausbildenden Gießform mit einer Magnesium-Legierung umgossen wird, wobei
    die Zylinderrohre (2) in einem Endabschnitt über eine angeformte, die Zylinderrohre (2) für einen zylinderkopfseitig offenen Kühlmittelraum (5) beabstandet umlaufende Hüllwand (6) mit dem Gehäuse (4) in eine Umgußverbindung gebracht werden,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Hüllwand (6) des in einem Kokillenguß gefertigten Inserts (3) auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt wird, und
    dass die erwärmte Hüllwand (6) in dem in eine Druckgießform (7) des Zylinderblock-Gehäuses (4) einzusetzenden Insert (3) über in der Druckgießform (7) angeordnete Mittel (8) um ein vorbestimmtes Maß von den Zylinderrohren (2) weg nach außen verformt wird , wobei
    die Zwangs- Verformung bis zum Erkalten der Magnesium-Legierung des Zylinderblock ― Gehäuses (4) beibehalten wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    dass als Mittel (8) zur Hüllwand-Verformung ein in der Druckgießform (7) fest angeordneter Drückkem (8') dient, der
    im Kühlmittelraum (5) um die Zylinderrohre (2) einseitig auf die Hüllwand (6) kraft- und formschlüssig nach außen verformend einwirkt beim Einsetzen des Inserts (3) in die Gehäuse-Druckgießform (7), wobei
    der Drückkern (8') mindestens über eine einer Gußschräge entsprechend geneigte Begrenzung (9) auf die Hüllwand (6) einwirkt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    dass als Mittel (8) zur Hüllwand-Verformung ein in der Druckgießform gesteuert beweglich angeordneter Drückkem dient, der
    am in die Gehäuse-Druckgießform fest eingesetzten Insert beim gesteuerten Eindringen in den Kühlmittelraum auf die Hüllwand kraft- und formschlüssig über eine geneigte Begrenzung nach außen verformend einwirkt.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Verformung der Hüllwand (6) die zylinderkopfseitige Öffnung des Kühlmittelraumes (5) durch eine Festlegung der Gesamttoleranzen in einem vorgegebenen Nennmaß mit geringen Abweichungen erzeugt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass das Maß der Verformung der Hüllwand (6) zumindest dem Schrumpfmaß der erkaltenden Magnesium ― Legierung des Zylinderblock-Gehäuses (4) gewählt wird.
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