EP1872885A2 - Zylinderkurbelgehäuse und Verfahren zur Herstellung - Google Patents

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EP1872885A2
EP1872885A2 EP07012462A EP07012462A EP1872885A2 EP 1872885 A2 EP1872885 A2 EP 1872885A2 EP 07012462 A EP07012462 A EP 07012462A EP 07012462 A EP07012462 A EP 07012462A EP 1872885 A2 EP1872885 A2 EP 1872885A2
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cylinder crankcase
cylinder
casting
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crankcase
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KS Huayu Alutech GmbH
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KS Aluminium Technologie GmbH
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Definitions

  • the invention relates to a device for casting a cylinder crankcase for an internal combustion engine made of a light metal alloy, wherein the light metal alloy is poured over a gate in a region of the bearing block below a cylinder tube of the cylinder crankcase. Moreover, the invention relates to a cylinder crankcase produced by this method.
  • Engine blocks which are also called cylinder crankcases, are today largely made of light metals.
  • Preferred materials here are aluminum and / or magnesium alloys.
  • a key advantage of these alloys is their low weight, whereby the motor vehicles in which they are used have a low total weight.
  • a homogenous material structure is present in the entire cylinder crankcase. The material structure is also influenced by the position of the gate in the casting machine to be produced crankcase.
  • the DE 100 63 357 B4 generally describes the production of engine blocks made of light metal materials with at least two molded parts, wherein at least one gate for filling the mold with the light metal melt is provided in at least one molded part.
  • the object of the invention is to provide a device with which, on the one hand, high bearing stability can be achieved and with which reduced cycle times can be produced.
  • the object according to the invention is achieved in that the device can be cooled in the area of a side slide forming a bearing block, so that a fine structural formation in the bearing block can be achieved.
  • the device according to the invention it is now possible to fill the cylinder crankcase or the mold for the production of the cylinder crankcase in such a way that the area of the highest volume concentration is directly filled, whereby an optimized temperature gradient results from the position to the gate, so that a homogenous Who forms material structure in the cylinder crankcase. Due to the location of the gate on the outer surface of the cylinder crankcase below the cylinder tubes is the power supply of the bearing block, which forms the region of highest volume concentration, as well as the screw pipes ensured.
  • the cylinder crankcase 1 is shown in one of its possible casting layers in cross section.
  • the cylinder crankcase 1 is limited by a movable mold half 2 and a fixed mold half 3 and the lateral slides 4 and 5.
  • the illustrated cylinder crankcase 1 is a motor with skirt 6, which is also referred to as apron engine.
  • the cylinders 7 are surrounded by openings 8, which form the cooling water jacket 8.
  • Above the upper and below the lower Kntoniganmantel 8 stiffening ribs 9 are shown.
  • the gate 10 is located below the cylinder tubes 7 of the cylinder crankcase 1.
  • the guide bar 11 is located directly on the crankcase of the cylinder crankcase 1, whereby the cylinder crankcase 1 produced by this method is uniquely identifiable.
  • the gate zone Z to be used according to the invention can be located in an area of the skirt 6.
  • the gate 11 can be placed in the area of the stiffening ribs 16.
  • the filling can also take place by means of a suitable gating system by gravity.
  • the manifold 12 which is connected to the riser 13.
  • P of the casting furnace 14 By defined pressurization P of the casting furnace 14, the casting tool 2, 3, 4, 5 turbulence low rising with a light metal alloy, aluminum and / or magnesium-based filled.
  • the method according to the invention has the advantage that the bearing block 15 can be cooled, as a result of which defined cooling and thus a homogeneous material structure can be set.
  • the longest cooling times are due to the process, since here too high volume concentrations are present and the liquid alloy is poured from here into all areas of the casting mold 2, 3, 4, 5 and the densification takes place.
  • the region of the gate very long solidification times, resulting in a coarse-grained structure of the structure, which in turn adversely affects the strength.
  • the inhomogeneities in the gate advantageously do not affect the strength in the highly stressed areas such as bearing block 15 and cylinder surface out.
  • Hypereutectic aluminum-silicon alloys can also be cast by the method according to the invention.
  • the gate position ensures a uniform distribution of the primary silicon, which in turn has a positive effect on the strength of the cylinder crankcase 1.
  • Perpendicular to the sieve chambers in the G confusekammem 12 one or two-piece squeeze-cast-stamp 17 are arranged, through which a re-pressing or feeding of the metal is possible and is achieved by a defined solidification or freezing of the gate area.
  • the squeeze-cast-stamp 17 is movable in the direction of the arrow F.
  • Bornitrit- or graphite-containing ceramic fiberboards can be applied to the wire flanks, which protect the Squezze-Cast punch 17 from the direct action of the light metal alloy.
  • the use of a reduced-height cylinder quill 7 for supplying power to the gate remote screw holes is required.
  • the casting process shown in Figure 1 shows a casting with low pressure, wherein the mold 2, 3, 4, 5 is filled with approximately 0.4 bar.
  • a locking unit is provided in the region 18 of the sprue 10.
  • the locking unit is, for example, a slider which separates the sprue 10 from the distributor 12, so that the still liquid light metal alloy can flow back into the casting furnace 14 after closing the slide and removing the pressure P through the riser 13. If the Abriegelisme is closed, it can by means of the punch 17 a reprint on the Casting 2, 3, 4, 5 exercised and thus counteracted a fading of the light metal alloy.
  • the inventive method is suitable for low pressure, die casting and squeeze casting, which represent general methods for producing cylinder crankcases.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Gießen eines Zylinderkurbelgehäuses (1) für eine Brennkraftmaschine aus einer Leichtmetalllegierung, wobei die Leichtmetalllegierung unter Druck eingegossen wird, wobei die Leichtmetalllegierung über einen Anschnitt (10) in einem Bereich des Lagerstuhls (15) unterhalb eines Zylinderrohres des Zylinderkurbelgehäuses eingegossen wird. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein in der Vorrichtung hergestelltes Zylinderkurbelgehäuse.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Gießen eines Zylinderkurbelgehäuses für eine Brennkraftmaschine aus einer Leichtmetalllegierung, wobei die Leichtmetalliegierung Ober einen Anschnitt in einem Bereich des Lagerstuhls unterhalb eines Zylinderrohres des Zylinderkurbelgehäuses eingegossen wird. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein nach diesem Verfahren hergestelltes Zylinderkurbelgehäuse.
  • Motorblöcke, die auch Zylinderkurbelgehäuse genannt werden, werden heute zu einem großen Teil aus Leichtmetallen gefertigt. Bevorzugte Werkstoffe sind hierbei Aluminium- und/oder Magnesiumlegierungen. Ein entscheidender Vorteil dieser Legierungen ist ihr geringes Gewicht, wodurch die Kraftfahrzeuge in denen sie eingesetzt werden ein geringes Gesamtgewicht aufweisen. Um den Anforderungen an die immer weiter steigenden Leistungen in den Motoren gerecht zu werden, ist es hierbei notwendig, dass ein homogenes Werkstoffgefüge im gesamten Zylinderkurbelgehäuse vorliegt. Das Werkstoffgefüge wird hierbei auch durch die Lage des Anschnitts in der Gießmaschine zum herzustellenden Kurbelgehäuse beeinflusst.
  • In der DE 103 57 096 A1 sind einige der gängigen Gießverfahren in Bezug auf die Anschnitte unterschieden und beschrieben. Das Eingießen der Aluminiumschmelze in die Gießform im Bereich des Lagerstuhls, unterhalb der Hauptlagergasse eines Zylinderkur belgehäuses wird als Mittenanschnitt bezeichnet. Den bearbeitungstechnischen Vorteilen beim Entfernen der Angußbereiche steht hierbei eine der Gußqualität im Lagerstuhl entgegenwirkende langsame Entstarrung gegenüber. Diese für die Gußqualität nachteilige Erstarrung folgt aus dem bei dieser Anordnung deutlich erhöhten konvektiven Wärmeeintrag in das erstarrende Zylinderkurbelgehäuse. Beschrieben ist weiterhin das Einfüllen der Aluminiumschmelze durch die Seitenwände des Zylinderkurbelgehäuses, welches als Seitenanschnitt bezeichnet wird.
  • Das Einbringen eines Gießwerkstoffes im Bereich der Lagerstuhlwände ist aus der DE 100 26 290 A1 bekannt. Ein kombiniertes Verfahren, bei dem der Gießwerkstoff über den Lagerstuhlbereich und in einen Bereich unterhalb des Zylinderrohres des Zylinderkurbelgehäuses eingegossen wird, ist in der DE 103 42 582 A1 beschrieben. Durch die unterschiedliche Anbindung der Angüsse an das Zylinderkurbeigehäuse wird hierin ein Verfahren beschrieben, mit dem verschiedene Werkstoffe belastungsgerecht im Gussstück angeordnet werden können.
  • Die DE 100 63 357 B4 beschreibt allgemein die Herstellung von Motorblöcken aus Leichtmetallwerkstoffen mit mindestens zwei Formteilen, wobei in mindestens einem Formteil mindestens ein Anschnitt zum Füllen der Form mit der Leichtmetallschmelze vorgesehen ist.
  • Durch die Verlegung der Angüsse in den Bereich der Seitenwände gelingt es, die Lagerstühle schneller erstarren zu lassen, wodurch bessere Gefügeeigenschaften in diesem Bereich eingestellt werden können. Nachteilig wirkt sich hierbei der Abstand der Angußleiste zum Lagerstuhlbereich aus, da im Bereich des Lagerstuhls die höchste Volumenkonzentration vorliegt und es in diesem Bereich zu unterschiedlichen Abkühlgeschwindigkeiten und somit auch zu inhomogenen Gefügeausbildungen kommen kann.
  • Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine Vorrichtung bereit zu stellen, mit der einerseits hohe Lagerstuhlfestigkeiten erreicht werden und mit der mit reduzierten Taktzeiten gefertigt werden kann. Darüber hinaus ist es Aufgabe der Erfindung ein nach diesem Verfahren gefertigtes Zylinderkurbelgehäuse bereit zu stellen.
  • Die erfindungsgemäße Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Vorrichtung im Bereich eines einen Lagerstuhl bildenden Seitenschiebers kühlbar ist, so dass eine feine Gefügeausbildung im Lagerstuhl erzielbar ist. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung ist nun die Möglichkeit geschaffen, das Zylinderkurbelgehäuse beziehungsweise die Form zur Herstellung des Zylinderkurbelgehäuses derart zu füllen, das der Bereich der höchsten Volumenkonzentration unmittelbar gefüllt wird, wobei sich aus der Lage zum Anschnitt ein optimiertes Temperaturgefälle ergibt, so dass sich ein homogenes WerKstoffgefüge im Zylinderkurbelgehäuse ausbildet. Durch die Lage des Anschnittes an der äußeren Oberfläche des Zylinderkurbelgehäuses unterhalb der Zylinderrohre ist die speisungstechnische Versorgung des Lagerstuhls, der den Bereich der höchsten Volumenkonzentration bildet, wie auch der Schraubenpfeifen gewährleistet. Darüber hinaus ist ein Vorgießen der Zugankerbohrungen des Lagerstuhls möglich und durch sequenzielle Kühlungen des den Lagerstuhl bildenden Seitenschiebers ist eine sehr feine Gefügeausbildung erzielbar. Eine derartige feine und homogene Gefügeausbildung bewirkt eine hohe statische und dynamische Festigkeit des Bauteils.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:
    • Figur 1
    den Schnitt durch ein erfindungsgemäß ausgebildetes Gießwerkzeug mit einem gefertigten Zylinderkurbelgehäuse.
  • In der Figur 1 ist das Zylinderkurbelgehäuse 1 in einer seiner möglichen Gießlagen im Querschnitt dargestellt. Begrenzt wird das Zylinderkurbelgehäuse 1 von einer beweglichen Formhälfte 2 und einer festen Formhälfte 3 sowie den seitlichen Schiebern 4 und 5. Bei dem dargestellten Zylinderkurbelgehäuse 1 handelt es sich um einen Motor mit Schürze 6, der auch als Schürzenmotor bezeichnet wird. Die Zylinder 7 sind von Öffnungen 8 umgeben, die den Kühlwassermantel 8 bilden. Oberhalb des oberen und unterhalb des unteren Kührwassermantels 8 sind Versteifungsrippen 9 dargestellt. Der Anschnitt 10 liegt unterhalb der Zylinderrohre 7 des Zylinderkurbelgehäuses 1. Hierbei befindet sich die Anschnittleiste 11 unmittelbar am Kurbelraum des Zylinderkurbelgehäuses 1, wodurch das mittels dieses Verfahrens hergestellte Zylinderkurbelgehäuse 1 eindeutig identifizierbar ist.
  • Anzumerken bleibt hier, dass sich die erfindungsgemäß einzusetzende Anschnittzone Z, je nach Ausführungsform, in einem Bereich der Schürze 6 befinden kann. So ist es beispielsweise vorstellbar, den Anschnitt 11 in den Bereich der Versteifungsrippen 16 zu legen. Als Gießverfahren stehen hierbei Niederdruck-, Druckguß- und das Squeeze-Casting-Verfahren zur Verfügung. Als Variante kann die Füllung auch mittels geeignetem Anschnittsystem durch Schwerkraft erfolgen.
  • Zur Vermeidung waagrechter Fließwege ist auch eine Neigung des Gießwerkzeugs von 1° - 25° möglich. Unterhalb des Anschnitts 11 befindet sich der Verteiler 12, der mit dem Steigrohr 13 verbunden ist. Durch definierte Druckbeaufschlagung P des Gießofens 14 wird das Gießwerkzeug 2, 3, 4, 5 turbulenzarm steigend mit einer Leichtmetalliegierung, aus Aluminium- und/oder Magnesium-Basis, gefüllt.
  • Im Gegensatz zum Anschnitt 11 im Bereich des Lagerstuhls 15 bietet das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, dass der Lagerstuhl 15 kühlbar ist, wodurch ein definiertes Abkühlen und somit ein homogenes Werkstoffgefüge einstellbar wird. Im Bereich des Anschnitts 11 liegen verfahrensbedingt die längsten Abkühlzeiten, da hier ebenfalls hohe Volumenkonzentrationen vorliegen und die flüssige Legierung von hier aus in sämtliche Bereiche der Gießform 2, 3, 4, 5 eingegossen wird, sowie das Nachverdichten erfolgt. Somit ergeben sich im Bereich des Anschnitts sehr lange Erstarrungszeiten, was zu einer grobkörnigen Struktur des Gefüges führt, was sich wiederum nachteilig auf die Festigkeit auswirkt. Durch die Verlegung des Anschnitts 11 in den sehr viel geringer beanspruchten Bereich des Zylindermantels am unteren Ende der Zylinderrohre 7 und im Bereich der äußeren Oberfläche, wirken sich die Inhomogenitäten im Anschnitt vorteilhafter Weise nicht auf die Festigkeit in den hoch beanspruchten Bereichen wie Lagerstuhl 15 und Zylinderlauffläche aus.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sind auch übereutektische Aluminium-Silizium-Legierungen gießbar. Die Anschnittslage gewährleistet hierbei eine gleichmäßige Verteilung des Primär-Siliziums was sich wiederum positiv auf die Festigkeit des Zylinderkurbelgehäuses 1 auswirkt. Senkrecht zu den Siebkammern in den Gießkammem 12 sind ein oder zweiteilige Squeeze-Cast-Stempel 17 angeordnet, durch die ein Nachpressen oder Speisen des Metalls möglich ist und durch die ein definiertes Erstarren oder Abfrieren des Angußbereiches erzielt wird. Der Squeeze-Cast-Stempel 17 ist dabei in Richtung des Pfeils F bewegbar. An den Siebflanken können bornitrit- oder grafithaltige keramische Faserplatten appliziert werden, die die oder den Squezze-Cast-Stempel 17 vor der direkten Einwirkung der Leichtmetalllegierung schützen. Bei sehr niedrigen Wandstärken ist der Einsatz einer höhenreduzierten Zylinderpinole 7 zur Speisungsversorgung der Anschnitt abgewandten Schraubenpfeifen erforderlich.
  • Das in der Figur 1 dargestellte Gießverfahren zeigt ein Gießen mit Niederdruck, wobei die Gießform 2, 3, 4, 5 mit cirka 0,4 bar gefüllt wird. Um den Schwund der Leichtmetalllegierung während der Erstarrung zu kompensieren, wird im Bereich 18 des Angusses 10 eine nicht dargestellte Abriegeleinheit vorgesehen. Die Abriegeleinheit ist beispielsweise ein Schieber, der den Anguss 10 vom Verteiler 12 trennt, so dass die noch flüssige Leichtmetalllegierung nach dem Schließen des Schiebers und der Wegnahme des Drucks P durch das Steigrohr 13 in den Gießofen 14 zurückfließen kann. Ist die Abriegeleinheit geschlossen, so kann mittels des Stempels 17 ein Nachdruck auf die Gießform 2, 3, 4, 5 ausgeübt und somit einem Schwund der Leichtmetalllegierung entgegengewirkt werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich für den Niederdruck, Druckguß und das Squeeze-Casting, die allgemeine Verfahren zum Herstellen von Zylinderkurbelgehäusen darstellen. Darüber hinaus ist es erfindungsgemäß vorstellbar infiltrierbare Preformen in die mittels Verfahrens hergestellten Zylinderkurbeigehäuse 1 zum Beispiel im Bereich der Zylinder 7 einzugießen und/oder ein aus einem Stahlwerkstoff hergestelltes Eingußteil, zum Beispiel im Lagerstuhlbereich 15, zu vergießen.

Claims (8)

  1. Vorrichtung zum Gießen eines Zylinderkurbelgehäuses (1) für eine Brennkraftmaschine aus einer Leichtmetalllegierung, wobei die Leichtmetalllegierung über einen Anschnitt (10, 11) in einem Bereich des Lagerstuhls (15) unterhalb eines Zyliriderrohres (7) des Zylinderkurbelgehäuses (1) eingegossen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung im Bereich eines einen Lagerstuhl bildenden Seitenschiebers kühlbar ist, so dass eine feine Gefügeausbildung im Lagerstuhl erzielbar ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leichtmetalllegierung Ober die gesamte Breite und/oder über mehrere Anschnitte (10, 11) des Zylinderkurbeigehäuses (1) eingießbar ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gießverfahren ein kombiniertes Niederdruck-Druckgießverfahren bzw. Schwerkraft-Druckgießverfahren ist, bei dem der Nachdruck während der Erstarrung zwischen 3 bar und 1500 bar einstellbar ist.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich (18) des Angusses (10) eine Abriegeleinheit, die gleichzeitig die Funktion eines Squezzers (17) hat, vorhanden ist.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in das Zylinderkurbelgehäuse (1) mindestens ein infiltrierbarer Formkörper und/oder mindestens ein Eingußteil eingegossen ist.
  6. Zylinderkurbelgehäuse hergestellt in einer Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil einer Anschnittleiste (11) in einem Bereich der äußeren Oberfläche unterhalb eines Zylinderrohres (7) am Zylinderkurbelgehäuse (1) vorhanden ist.
  7. Zylinderkurbeigehäuse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet dass das Zylinderkurbelgehäuse 1 aus einer übereutektischen Aluminium-Silizum-Legierung gebildet ist und das eine homogene Verteilung des Primär-Siliziums vorliegt.
  8. Zylinderkurbelgehäuse nach einem der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Zylinderkurbelgehäuse (1) lokal legiert und/oder mit einem oder mehreren Eingußteil versehen ist.
EP07012462A 2006-06-28 2007-06-26 Zylinderkurbelgehäuse und Verfahren zur Herstellung Withdrawn EP1872885A3 (de)

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