EP2734322A1 - GIEßKERN EINER GUSSFORM ZUR HERSTELLUNG EINES ZYLINDERS - Google Patents

GIEßKERN EINER GUSSFORM ZUR HERSTELLUNG EINES ZYLINDERS

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EP2734322A1
EP2734322A1 EP12731009.2A EP12731009A EP2734322A1 EP 2734322 A1 EP2734322 A1 EP 2734322A1 EP 12731009 A EP12731009 A EP 12731009A EP 2734322 A1 EP2734322 A1 EP 2734322A1
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EP
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core
casting
cylinder
sand
steel
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Günther MAYER
Thorsten EIL
Jürgen Schwarz
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Mahle International GmbH
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Mahle International GmbH
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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
    • B22D15/00—Casting using a mould or core of which a part significant to the process is of high thermal conductivity, e.g. chill casting; Moulds or accessories specially adapted therefor
    • B22D15/02—Casting using a mould or core of which a part significant to the process is of high thermal conductivity, e.g. chill casting; Moulds or accessories specially adapted therefor of cylinders, pistons, bearing shells or like thin-walled objects
    • 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
    • B22C9/103—Multipart cores

Definitions

  • the present invention relates to a casting core for a casting mold for
  • the invention also relates to a method for producing a cast cylinder.
  • a core is provided from a provided with holes compact metal cooling box, which is provided on all sides with a sand panel.
  • Internal combustion engine in particular for producing an aluminum cylinder of a two-stroke engine, not in the form of one piece of sand as before, but according to the invention of two parts, namely a sand core and an associated steel core.
  • a sand core preferably only the upper part of the casting core, that is to say that region which is later assigned to a combustion chamber of the cylinder, is made of sand, whereas a lower region, that is to say the region which is assigned to a later cylinder running surface, is formed from steel.
  • the steel core takes in comparison to the sand core significantly more heat and performs this comparatively, making it especially in the cylinder surface to a significantly increased temperature difference between the cylinder surface (surface) and further inside and thereby voids can be avoided or at least reduced , Since such voids are extremely critical, especially in the area of the later cylinder running surfaces, the steel core is used in this area in particular in order to achieve as rapid / uniform cooling of the cast cylinder as possible, together with the outermost mold, also made of metal. Due to the steel core formed in the area of the cylinder surface now as rapid cooling inward as outward to Steel mold, whereby the possibly forming voids are forced into the interior of the cylinder wall and indeed so deep that they are no longer open at a later processing.
  • the casting core is furthermore formed by a sand core, as a result of which, in particular, difficult casting geometries, in particular also undercuts, can be produced.
  • the main advantage of the casting core according to the invention is that the voids formation is at least greatly reduced or preferably completely avoided and even when voids occur they are arranged so deep in the cylinder wall that they are at a later
  • Machining step eg. When turning or honing, not be opened and thereby not adversely affect the cylinder running properties.
  • the steel core engages via a mandrel in a corresponding recess on the sand core, or vice versa.
  • the steel core can have a corresponding mandrel and the sand core can have a corresponding recess, so that the steel core can simply be inserted into the recess of the sand core via the mandrel and then connected to the sand core can.
  • Steel core outgoing mandrel also has the great advantage that it can act in the manner of a heat conduction rib and thereby further improve the temperature management in the casting core.
  • the sand core is preferably positively connected to the steel core, whereby the handling of the casting core formed from the sand core and the steel core is significantly simplified.
  • the sand core and / or the steel core are each solid. Due to the massive formation of the sand core and / or the steel core, these are relatively robust and thus ideally suited for use in modern foundries. At the same time allows a massive training, especially the steel core, and a significantly improved heat absorption and thus a significantly improved heat dissipation, whereby a uniform solidification or cooling of the cylinder can be achieved.
  • Fig. 1 shows a casting core according to the invention in a view
  • Fig. 2 is a sectional view through the casting core according to the invention along the cutting plane A-A.
  • a casting core 1 also has a casting mold, which is otherwise not shown, for the production of a likewise shown cylinder of an internal combustion engine, in particular for producing a cylinder of a two-stroke engine, a sand core 2 and a steel core 3 connected thereto. Consequently, the casting core 1 is in two parts
  • the sand core 2 at least partially covers a portion of a subsequent combustion chamber of the cylinder, whereas the steel core 3 at least partially covers an area of a later cylinder surface.
  • Inventive sand core 1 remedy by being formed in the area of a later cylinder surface of the steel core 3, thereby enabling a relatively high heat dissipation.
  • the high heat dissipation in particular in the region of the later cylinder running surface causes a small temperature difference of the cooling cylinder between the inner steel core 3 and the outer, not shown mold.
  • the mold forms an outer shape of the mold, whereas the casting core 1, the inner shape of the
  • the sand core 2 has a mandrel 4, which engages in a corresponding recess 5 on the steel core 3. Understandably, the formation of such a mandrel 4 on the steel core 3 and the corresponding formation of the recess 5 on the sand core 2 is conceivable. About the mandrel 4 and the associated recess 5, a positive connection between the sand core 2 and the steel core 3 can be achieved. As can be seen further in FIG. 2, the sand core 2 and / or the steel core 3 are / is massively formed, whereby in particular in the region of the region of the
  • Steel core 3 high and rapid heat dissipation can be done. Steel has a significantly improved thermal conductivity compared to sand.
  • 3 openings 6 may be provided in the steel core, via which, for example, a vent or cooling can take place.
  • the casting core 1 according to the invention is used for the production of cast cylinders and in this process is surrounded by a mold, not shown.
  • the casting core constitutes the casting mold together with the mold.
  • the material used for casting the cylinder may, for example, be cast steel but also light metal, such as, for example, aluminum.
  • the casting core 1 With the casting core 1 according to the invention, a uniform cooling of the cast cylinder from the inside and outside and, associated therewith, a significantly reduced voids formation in the region of the critical regions can be achieved, as a result of which the quality of the cylinders produced in this way can be significantly increased. If, contrary to expectation, voids or inclusions still form, they are usually arranged so deeply in the cylinder that they can be used laterstagesschntt, eg. When grinding, turning or honing, not disclosed and thus are harmless.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gießkern (1) einer Gussform zur Herstellung eines Zylinders einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Zweitaktmotors. Erfindungswesentlich ist dabei, dass der Gießkern (1) zweiteilig ausgebildet ist, nämlich aus einem Sandkern (2) und einem damit verbundenen Stahlkern (3). Hierdurch kann ein gleichmäßiges Erkalten erreicht und eine Lunkerbildung zumindest reduziert werden.

Description

Gießkern einer Gussform zur Herstellung eines Zylinders
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gießkern für eine Gussform zur
Herstellung eines Zylinders einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 . Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung eines gegossenen Zylinders.
Aus der DE 35 09 015 A1 ist ein gattungsgemäßer Gießkern zum Gießen von aus Grauguss bestehenden Zylindern von Luft gekühlten Verbrennungsmotoren bekannt. Um dabei insbesondere ein hinsichtlich einer unerwünschten
Lunkerbildung ungünstiges Abkühlverhalten optimieren zu können, wird ein Kern vorgesehen aus einer mit Bohrungen versehenen kompakten Metallkühlbüchse, die allseitig mit einer Sandverkleidung versehen ist. Mit diesem Gießkern mit intensiver Wärmeabfuhr wird bei der Erstarrung der in der Gussform befindlichen Graugussschmelze eine gezielte Formierung einer Gasdichte perlitischer Struktur der Zylinderwand, besonders der Fläche der Zylinderbohrung und einer die Wärmeleitung fördernden grauen Struktur in den Kühlrippen ermöglicht, wodurch hohe Qualitätsansprüche an die damit hergestellten Zylinder erfüllt werden sollen.
Generell besteht bei bekannten Gießverfahren zum Herstellen von gegossenen Zylindern für Brennkraftmaschinen das Problem, dass bei Verwendung eines Sandkernes eine ungleichmäßige Abkühlung des gegossenen Zylinders stattfindet, wodurch hohe Temperaturdifferenzen innerhalb des Zylinders auftreten. Diese vergleichsweise hohen Temperaturdifferenzen können zu einer Lunkerbildung, insbesondere auf einer späteren Zylinderlaufbahn, führen, was unbedingt zu vermeiden ist. Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher insbesondere mit dem Problem, für einen Gießkern der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch ein verbessertes Wärmemanagement auszeichnet.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der
unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind
Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, einen
Gießkern einer Gussform zur Herstellung eines Zylinders einer
Brennkraftmaschine, insbesondere zur Herstellung eines Aluminium-Zylinders eines Zweitaktmotors, nicht wie bisher einteilig aus Sand auszubilden, sondern erfindungsgemäß aus zwei Teilen, nämlich aus einem Sandkern und einem damit verbundenen Stahlkern. Hierbei wird vorzugsweise lediglich der obere Teil des Gießkerns, also derjenige Bereich, der später einem Brennraum des Zylinders zugeordnet ist, aus Sand ausgebildet, wogegen ein unterer Bereich, also derjenige Bereich, der einer späteren Zylinderlauffläche zugeordnet ist, aus Stahl ausgebildet wird. Der Stahlkern nimmt dabei im Vergleich zum Sandkern deutlich mehr Wärme auf und führt diese vergleichsweise ab, wodurch es insbesondere im Bereich der Zylinderlauffläche zu einer deutlich erhöhten Temperaturdifferenz zwischen der Zylinderlauffläche (Oberfläche) und weiter innen kommt und dadurch Lunker vermieden bzw. zumindest reduziert werden können. Da derartige Lunker insbesondere im Bereich der späteren Zylinderlaufflächen äußerst kritisch sind, wird in besonders diesem Bereich der Stahlkern eingesetzt, um zusammen mit der außenliegenden und ebenfalls aus Metall ausgebildeten Kokille eine möglichst rasche/gleichmäßige Abkühlung des gegossenen Zylinders zu erreichen. Durch den aus Stahl ausgebildeten Kern erfolgt nun im Bereich der Zylinderlauffläche eine ebenso rasche Abkühlung nach innen wie nach außen zur Stahlkokille, wodurch die sich unter Umständen bildenden Lunker ins Innere der Zylinderwand gedrängt werden und zwar so tief, dass diese bei einer späteren Bearbeitung nicht mehr geöffnet werden. Im Bereich des späteren Brennraums hingegen ist der Gießkern weiterhin durch einen Sandkern gebildet, wodurch insbesondere schwierige Gießgeometrien, insbesondere auch Hinterschnitte, herstellbar sind. Der wesentliche Vorteil des erfindungsgemäßen Gießkerns liegt darin, dass die Lunkerbildung zumindest stark reduziert oder vorzugweise gänzlich vermieden wird und selbst beim Auftreten von Lunkern diese so tief in der Zylinderwand angeordnet sind, dass sie bei einem späteren
Bearbeitungsschritt, bspw. bei einem Drehen oder Honen, nicht geöffnet werden und dadurch die Zylinderlaufeigenschaften nicht negativ beeinträchtigen.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung greift der Stahlkern über einen Dorn in eine entsprechende Ausnehmung am Sandkern ein, oder umgekehrt. Um eine feste Verbindung zwischen dem Stahlkern und dem Sandkern des Gießkerns zu erreichen, kann der Stahlkern einen entsprechenden Dorn und der Sandkern eine entsprechende Ausnehmung aufweisen, so dass der Stahlkern über den Dorn einfach in die Ausnehmung des Sandkerns eingesteckt und darüber mit dem Sandkern verbunden werden kann. Ein derart vom
Stahlkern ausgehender Dorn hat weiter den großen Vorteil, dass dieser in der Art einer Wärmeleitrippe fungieren und dadurch das Temperaturmanagement im Gießkern weiter verbessern kann. Der Sandkern ist dabei vorzugsweise formschlüssig mit dem Stahlkern verbunden, wodurch die Handhabbarkeit des aus dem Sandkern und dem Stahlkern gebildeten Gießkerns deutlich vereinfacht wird.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung sind/ist der Sandkern und/oder der Stahlkern jeweils massiv ausgebildet. Durch die massive Ausbildung des Sandkerns und/oder des Stahlkerns sind diese vergleichsweise robust und dadurch bestens geeignet für den Einsatz in modernen Gießereien. Zugleich ermöglicht eine massive Ausbildung, insbesondere des Stahlkerns, auch eine deutlich verbesserte Wärmeaufnahme und damit eine deutlich verbesserte Wärmeabfuhr, wodurch ein gleichmäßiges Erstarren bzw. Erkalten des Zylinders erreicht werden kann.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen
Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
Dabei zeigen, jeweils schematisch,
Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Gießkern in einer Ansicht, Fig. 2 eine Schnittdarstellung durch den erfindungsgemäßen Gießkern entlang der Schnittebene A-A.
Entsprechend den Fig. 1 und 2, weist ein erfindungsgemäßer Gießkern 1 einer im übrigen nicht dargestellten Gussform zur Herstellung eines ebenfalls nicht dargestellten Zylinders einer Brennkraftmaschine, insbesondere zur Herstellung eines Zylinders eines Zweitaktmotors, einen Sandkern 2 sowie einen damit verbundenen Stahlkern 3 auf. Demzufolge ist der Gießkern 1 zweiteilig
ausgebildet, wobei der Sandkern 2 einen Bereich eines späteren Brennraums des Zylinders zumindest teilweise abdeckt, wogegen der Stahlkern 3 einen Bereich einer späteren Zylinderlauffläche zumindest teilweise abdeckt.
Insbesondere im Bereich der späteren Zylinderlauffläche ist das Auftreten von Lunkern äußerst kritisch, da dadurch die Kolbenlaufeigenschaften negativ beeinträchtigt werden können. Es gilt demzufolge derartige Lunker unbedingt zu vermeiden. Solche Lunker entstehen insbesondere dadurch, dass der gegossene
Zylinder ungleichmäßig und mit großen Temperaturdifferenzen erstarrt, was insbesondere bei der Verwendung von bisher üblichen und ganz aus Sand ausgebildeten Gießkernen an der Tagesordnung war. Hier kann der
erfindungsgemäße Sandkern 1 Abhilfe schaffen, indem er im Bereich einer späteren Zylinderlauffläche aus dem Stahlkern 3 gebildet ist und dadurch eine vergleichsweise hohe Wärmeabfuhr ermöglicht. Die hohe Wärmeabfuhr insbesondere im Bereich der späteren Zylinderlauffläche bewirkt eine geringe Temperaturdifferenz des erkaltenden Zylinders zwischen dem innenliegenden Stahlkern 3 und der außenliegenden, nicht gezeigten Kokille. Die Kokille bildet dabei eine Außenform der Gussform, wogegen der Gießkern 1 die Innenform der
Gussform darstellt. Gleichzeit drängt der Stahlkern 3 durch eine hohe
Abkühlgeschwindigkeit die sich bildenden Lunker so tief ins Innere der
Zylinderwand, dass sie auch bei einer späteren Bearbeitung nicht mehr geöffnet werden.
Durch die Ausbildung des Gießkerns 1 im Bereich des späteren Brennraums des Zylinders aus Sand bzw. aus dem erfindungsgemäßen Sandkern 2 ist es möglich, selbst komplizierte Geometrien in diesem Bereich, insbesondere auch Hinterschnitten, gießen zu können. Betrachtet man die Fig. 2, so kann man erkennen, dass der Sandkern 2 einen Dorn 4 aufweist, der in eine entsprechende Ausnehmung 5 am Stahlkern 3 eingreift. Verständlich ist auch die Ausbildung eines derartigen Dorns 4 am Stahlkern 3 und die entsprechende Ausbildung der Ausnehmung 5 am Sandkern 2 denkbar. Über den Dorn 4 und die zugehörige Ausnehmung 5 kann eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Sandkern 2 und dem Stahlkern 3 erreicht werden. Wie der Fig. 2 weiter zu entnehmen ist, sind/ist der Sandkern 2 und/oder der Stahlkern 3 massiv ausgebildet, wodurch insbesondere im Bereich des
Stahlkerns 3 eine hohe und eine rasche Wärmeabfuhr erfolgen kann. Stahl besitzt dabei gegenüber Sand eine deutlich verbesserte Wärmeleitfähigkeit. Zusätzlich können im Stahlkern 3 Öffnungen 6 vorgesehen sein, über welche bspw. eine Entlüftung oder Kühlen erfolgen kann.
Der erfindungsgemäße Gießkern 1 wird zum Herstellen von gegossenen Zylindern benutzt und bei diesem Verfahren von einer nicht gezeigten Kokille umgeben. Zusammen mit der Kokille stellt der Gießkern die Gussform dar. Das zum Gießen des Zylinders verwendete Material kann bspw. Stahlguss aber auch Leichtmetall, wie bspw. Aluminium sein.
Mit dem erfindungsgemäßen Gießkern 1 sind eine gleichmäßige Abkühlung des gegossenen Zylinders von innen und aussen und damit verbunden eine deutlich reduzierte Lunkerbildung im Bereich der kritischen Bereiche zu erreichen, wodurch die Qualität der so hergestellten Zylinder deutlich gesteigert werden kann. Bilden sich wider Erwarten trotzdem Lunker bzw. Einschlüsse, so sind diese üblicherweise so tief im Zylinder angeordnet, dass sie bei einem späteren Bearbeitungsschntt, bspw. bei einem Schleifen, Drehen oder Honen, nicht offengelegt werden und dadurch unschädlich sind.
*****

Claims

Ansprüche
1 . Gießkern (1 ) einer Gussform zur Herstellung eines Zylinders einer
Brennkraftmaschine, insbesondere eines Zweitaktmotors,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Gießkern (1 ) zweiteilig ausgebildet ist, nämlich aus einem Sandkern (2) und einem damit verbundenen Stahlkern (3).
2. Gießkern nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Sandkern (2) einen Bereich des späteren Brennraums des Zylinders zumindest teilweise abdeckt, wogegen der Stahlkern (3) einen Bereich einer späteren Zylinderlauffläche zumindest teilweise abdeckt.
3. Gießkern nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Stahlkern (3) über einen Dorn (4) in eine entsprechende Ausnehmung (5) am Sandkern (2) eingreift, oder umgekehrt.
4. Gießkern nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Sandkern (2) formschlüssig mit dem Stahlkern (3) verbunden ist.
5. Gießkern nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass der Sandkern (2) und/oder der Stahlkern (3) massiv ausgebildet sind.
6. Verfahren zur Herstellung eines gegossenen Zylinders, bei dem eine Kokille als Außenform und ein Gießkern (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 als Innenform eingesetzt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass der zwischen der Außenform und der Innenform verbleibende Hohlraum mit Metall, insbesondere mit Aluminium ausgegossen wird.
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