EP2772325A2 - Kühlmittelmantelkern sowie Verfahren zur Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses mit schmaler Stegbreite - Google Patents

Kühlmittelmantelkern sowie Verfahren zur Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses mit schmaler Stegbreite Download PDF

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EP2772325A2
EP2772325A2 EP14151922.3A EP14151922A EP2772325A2 EP 2772325 A2 EP2772325 A2 EP 2772325A2 EP 14151922 A EP14151922 A EP 14151922A EP 2772325 A2 EP2772325 A2 EP 2772325A2
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EP
European Patent Office
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core
producing
cylinder crankcase
coolant jacket
cores
Prior art date
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EP14151922.3A
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English (en)
French (fr)
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EP2772325A3 (de
EP2772325B1 (de
Inventor
Christian Klimesch
Stephan Beer
Steffen Ziegler
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KS Huayu Alutech GmbH
Original Assignee
KS Aluminium Technologie GmbH
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Publication date
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Publication of EP2772325A3 publication Critical patent/EP2772325A3/de
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    • 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
    • F02F1/14—Cylinders with means for directing, guiding or distributing liquid stream

Definitions

  • the invention relates to a coolant jacket core for producing a cylinder crankcase with narrow web width with at least one one-piece core having at least two juxtaposed substantially hollow cylinder-shaped core body, wherein each of the two side by side arranged core body having a common axially extending sectional plane having a connecting surface between the radial ends of forming a side core core and a bridge core connecting the opposite radial ends of each core body in the sectional plane, and a method of manufacturing a cylinder crankcase, wherein a coolant jacket core is produced, which is placed in a mold, which is filled with a molten metal, Whereupon after solidification, the cylinder crankcase is removed from the mold and the coolant jacket core is removed from the cylinder crankcase.
  • the coolant jacket cores are designed so that between the cylinders so in the web area a water channel is formed so that a flow around at least over an axial portion of the cylinder is ensured.
  • the cylinder crankcase is independent of the choice of the cylinder assembly to reduce weight and space with ever smaller distances between the cylinders of a cylinder row produced so that the formation of a water jacket enclosing the cylinder with conventional sand or salt cores is very difficult, since the cores can tear in web core widths below 2.5mm already in the core box or in the subsequent storage or during the pouring process due to tensions.
  • various proposals for producing particularly small web portions have become known.
  • the coolant jacket core for producing a cylinder crankcase with wide webs, that is, the openings, which are otherwise made cylindrical, flatten in the web area.
  • the stability of the resulting core is often insufficient so that cracks develop in the core.
  • coolant jacket core should be as inexpensive to produce and easy to assemble and process reliable.
  • the web core has a plurality of axially superposed removable single web cores, which are attached to the arranged in the sectional plane opposite radial ends of the core body to the core, a sufficiently large flow area for the coolant in the web area of the cylinder crankcase is provided to a sufficient heat dissipation over the entire axial height, without reducing the stability of the crankcase too much.
  • the production of single web cores is easy to carry out, since they can be shaped as a simple body. This leads to a significantly increased process reliability.
  • the coolant jacket core is produced by first a base core is shot, then a plurality of single core cores are produced individually and then in the basic core, the single web cores axially superimposed in a sectional plane between two adjacent substantially hollow cylindrical core bodies of the base core attached to the opposite radial ends of the core body be, the assembly of the coolant jacket core is simplified compared to known designs.
  • the single web cores are inexpensive to produce without adherence to close tolerances and accordingly easy to install.
  • the single web cores are positively secured to the base core, so that a simple insertion from below or from the side sufficient for attachment.
  • no additional attachment steps are needed, whereby the cycle times for the completion of the coolant jacket core can be shortened.
  • a base web core is integrally formed with the base core or this base web core is shot in one piece with the base core, against the Ends the single web cores are pushed.
  • This base core can be freely designed with respect to its geometry. When core shooting is a demolding of the core with only one bridge easily possible. By this Grundstegkern also increases the stability of the shot coolant jacket core. The positioning of the single web cores by the resulting fixed bearing surface is greatly facilitated.
  • this base web core is advantageously formed at half the axial height, so that above and below the fixed web core further single web cores are einschlebbar.
  • the ends of the base web core serve as contact points for the single web cores which can be inserted from both axial sides.
  • the individual web cores are fastened in a form-fitting manner axially above and / or below the integrally manufactured base web core or the protrusions.
  • openings are made at the opposite radial ends in the core body in the sectional plane, in which the ends of the single web cores are arranged.
  • the individual web cores are mounted axially superimposed in a frame which is fastened in a form-fitting manner in the cutting plane in the base core.
  • the single web cores are inserted with their ends in a frame which is inserted axially from above and / or below positively with the single web cores in corresponding formations of the core body, which are formed in the sectional plane at the mutually facing radial ends of the hollow cylindrical section-shaped core body.
  • a particularly simple construction of the frame results when it has two axially extending support elements, in which openings are formed into which the ends of the single web cores engage in a form-fitting manner.
  • the single web cores are only 0.3 to 1.5 mm wide, so that a use for very narrow web widths between the cylinders of the casting is possible.
  • the single web cores are advantageously made depending on the application and required width of sand, salt, glass, graphite or ceramic.
  • FIG. 1 shows a cylinder crankcase 10 with four cylinders arranged in series 12, which have a distance of only three to eight millimeters to each other.
  • a coolant jacket 14 is circumferentially formed, for its production in a mold, not shown, a coolant jacket core 16 is inserted with web cores 18.
  • This web cores 18 are located in the region of webs 19 of the cylinder crankcase 10, ie between the cylinders 12 and have at their narrowest point a width of only about 0.3 to 1.5 mm.
  • a core core 20 made of quartz or zircon sand or other molding materials is first prepared by core shooting in a known manner.
  • the coolant jacket core 16 consists of four adjacent hollow-cylinder-cut-shaped core bodies 22, the cut extending in the form of a secant extending in the axial direction.
  • the number of core body 22 corresponds to the number of cylinders, so that depending on the internal combustion engine, two to twelve core body 22 may be necessary.
  • Each two adjacent core body 22 in this case have a common cutting plane 24, so that in each cutting plane 24, the two connecting surfaces 25 of the adjacent radial ends 26 of the juxtaposed core body 22 are arranged simultaneously. Between the two opposite ends 26 of two core bodies 22 are the web cores 18 which connect these ends 26 of two core body 22 together.
  • FIG. 2 In the FIG. 2 is a Grundstegkern 28 can be seen, which connects the two radial ends 26 of two core body 22 together.
  • This core core 28 is made in one piece with the core core 20 during core shooting. Removal from a core mold is thus possible in the axial direction down and up.
  • This base web core 28 is thus to design freely in terms of its shape, with only the width of the base web core 28 must be sufficiently smaller than the web width of the cylinder crankcase 10.
  • the base web core 28 is located with respect to the central axis of the cylinder 12 at about half the height of the base core 20th ,
  • the core body 22 in the sectional plane 24 between the radial ends 26 of the core body 22 more single web cores 30 are used. These are pushed with respect to the cylinder axis from above and below against the base web core 28, which serves as a stop for the respective first inserted from above and below single web core 30.
  • the radial ends 26 of the core body 26 have a bulging formation 32 in the axial direction into which corresponding formations 34, which are formed on ends 36 of the single-web cores 30, engage in the form of a tongue-and-groove connection.
  • the ends 36 of the single web cores 30 have a greater extent in the axial direction than the middle part, so that after the insertion of the upper single web core 30 against the base web core 28 and the two lower single web cores 30 against the base web core 28 a total of five axially superimposed, but in the middle Area spaced apart web cores 28, 30 are arranged in the region of the later web 19 in the mold, which form four superimposed coolant channels 38.
  • These axially inserted single web cores 30 have in the central region a diameter of about 0.5 to 1.5 mm and are made individually from sand, salt, glass, graphite or ceramic and then inserted as described in a form-fitting manner in the basic core 20.
  • a movement in the axial direction is possible, which is prevented, however, after insertion of the finished coolant jacket core 16 into the casting mold through the walls of the casting mold, since the outer single core cores 30 rest against the casting mold wall at least with their ends 36.
  • small protrusions can also be formed on the base core at the radial ends 26 of the core body 22, serving as abutment surfaces for the single web cores 30 to be inserted from above and below serve.
  • openings 40 are formed on the base core 20.
  • These openings 42, 44 can either be molded directly during core shooting or are subsequently drilled in the base core 20.
  • the single web cores 30 are inserted via a frame 46.
  • This has two axially extending support members 48 in which horizontally extending receiving openings 50 are formed, in which the single web cores 30 are inserted with their ends 36.
  • the resulting gate-shaped web core 18 is in turn inserted between the radial ends 26 of the core body 22.
  • the carrier elements 48 have spring-shaped formations 52 at their outwardly facing end, which engage again in the axial progressing configuration 32 formed as a groove at the radial ends 26 of the core body 22, so that the entire web core 18 can be positively inserted into the base core 20.
  • a small projection 54 can be formed in the region of the bottom at the radial ends 26, on which the gate-shaped web core rests.
  • the coolant jacket core 16 produced in this way is inserted with its individual web cores 30 in the following into a casting mold. After closing the mold, it is filled in a known manner with a molten metal, in particular a light metal melt of an aluminum alloy. After solidification of the melt in the mold, the cylinder crankcase 10 is removed and the coolant jacket core 16 is flushed out with the single-web cores 30, for example by means of high-pressure spraying.

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Abstract

Es sind Kühlmittelmantelkerne (16) zur Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses (10) mit schmaler Stegbreite mit mindestens einem einteiligen Grundkern (20), der mindestens zwei nebeneinander angeordneten im Wesentlichen hohlzylinderschnittförmige Kernkörper (22) aufweist, wobei jeweils die beiden nebeneinander angeordneten Kernkörper (22) eine gemeinsame axial verlaufende Schnittebene (24) aufweisen, die eine Verbindungsfläche (25) zwischen radialen Enden (26) der nebeneinander liegenden Kernkörper (22) bildet und einem Steckern (18), der die gegenüberliegenden radialen Enden (26) jedes Kernkörpers (22) in der Schnittebene (24) miteinander verbindet, bekannt. Um eine Kühlung des Zylinders über seine gesamte Höhe und seinen gesamten Umfang sicherzustellen wird vorgeschlagen, dass der Stegkern (18) mehrere axial übereinander angeordnete entfernbare Einzelstegkerne (30) aufweist, die an den in der Schnittebene (24) angeordneten gegenüberliegenden radialen Enden (26) der Kernkörper (22) am Grundkern (20) befestigt sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Kühlmittelmantelkern zur Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses mit schmaler Stegbreite mit mindestens einem einteiligen Grundkern, der mindestens zwei nebeneinander angeordnete im Wesentlichen hohlzylinderschnittförmige Kernkörper aufweist, wobei jeweils die beiden nebeneinander angeordneten Kernkörper eine gemeinsame axial verlaufende Schnittebene aufweisen, die eine Verbindungsfläche zwischen radialen Enden der nebeneinander liegenden Kernkörper bildet und einem Stegkern, der die gegenüberliegenden radialen Enden jedes Kernkörpers in der Schnittebene miteinander verbindet, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses, bei dem ein Kühlmittelmantelkern hergestellt wird, der in eine Gießform eingelegt wird, die mit einer Metallschmelze gefüllt wird, woraufhin nach dem Erstarren das Zylinderkurbelgehäuse aus der Gießform entnommen wird und der Kühlmittelmantelkern aus dem Zylinderkurbelgehäuse entfernt wird.
  • Bei Zylinderkurbelgehäusen muss eine ausreichende Kühlung jedes Zylinders zur Vermeidung einer thermischen Überlastung des Zylinderkurbelgehäuses sichergestellt werden. Entsprechend werden die Kühlmittelmantelkerne so ausgeführt, dass auch zwischen den Zylindern also im Stegbereich ein Wasserkanal ausgebildet wird, so dass eine Umströmung zumindest über einen axialen Abschnitt des Zylinders gewährleistet wird. Bei modernen Verbrennungsmotoren wird das Zylinderkurbelgehäuse unabhängig von der Wahl der Zylinderanordnung zur Reduzierung von Gewicht und Bauraum mit immer kleiner werdenden Abständen zwischen den Zylindern einer Zylinderreihe hergestellt, so dass die Ausbildung eines die Zylinder umgreifenden Wassermantels mit herkömmlichen Sand- oder Salzkernen nur sehr schwer möglich ist, da die Kerne bei Stegbereichbreiten von unter 2,5mm bereits in der Kernbüchse oder bei der folgenden Lagerung oder beim Eingießprozess aufgrund von Spannungen reißen können. Um dennoch sowohl eine ausreichende Festigkeit der die Zylinder begrenzenden Seitenwände als auch eine ausreichende Kühlung dieser Stegbereiche zwischen den Zylindern sicherzustellen, sind daher verschiedene Vorschläge zur Herstellung besonders kleiner Stegbereiche bekannt geworden.
  • So wird beispielsweise in der GB 781,254 vorgeschlagen, den Kühlmittelmantelkern zur Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses mit breiten Stegen herzustellen, das heißt die Öffnungen, welche im Übrigen zylindrisch ausgeführt sind, im Stegbereich abzuflachen. In einer anschließenden Bearbeitung durch Schleifen wird eine zylindrische Öffnung hergestellt und entsprechend Teile des Stegbereichs abgetragen, so dass ein schmaler Steg entsteht. Die Stabilität des so entstandenen Kerns ist jedoch häufig nicht ausreichend, so dass Risse im Kern entstehen.
  • Des Weiteren ist aus der EP 0 974 414 B1 eine Vorrichtung zur gießtechnischen Herstellung eines Zylinderblocks mit Kühlmittelkühlung bekannt, bei der in jeden Stegbereich ein separat hergestellter Stegkern aus Glas in den Kühlmittelmantelkern eingelegt wird. So kann zwar ein Kühlmittelkanal im Stegbereich gebildet werden, jedoch bleibt aufgrund des geringen Außenumfangs des Glasröhrchens die über diesen Kanal mögliche Wärmeabfuhr sehr beschränkt, so dass weiterhin bei hochverdichtenden Motoren eine Überhitzung des fertigen Zylinderkurbelgehäuses im Betrieb nicht auszuschließen ist.
  • Um eine größere Wärmeabfuhr durch größere zur Verfügung stehende Durchströmungsquerschnitte gewährleisten zu können und gleichzeitig die Stabilität des Kühlmittelmantelkerns zu erhöhen, wird in der DE 38 28 093 A1 ein Kern vorgeschlagen, bei dem im Stegbereich eine Keramikplatte angeordnet wird, die vor dem Schießen des Kerns in die Kernform eingelegt wird. Diese Platte soll anschließend durch Sandstrahlen entfernt werden. Eine zweite Platte kann im unteren Teil des Zylinderstegbereichs angeordnet werden, um die Stabilität des Kerns zu verbessern. Diese verbleibt jedoch anschließend im Zylinderkurbelgehäuse und bildet keinen Kühlkanal. Schwierig ist dabei sowohl die Herstellung des Kerns als auch die Entfernung der Platte nach dem Gießen. Auch entsteht durch das verwendete Material ein unerwünschter Einfluss auf die Gefügestruktur des Kurbelgehäuses.
  • Eine weitere Möglichkeit zum Herstellen eines Kühlmittelmantelkerns mit erhöhter Wärmeabfuhr wird in der DE 10 2009 051 269 A1 vorgeschlagen. Hier wird eine geschlitzte Platte aus Salz in einen Stahlschieber, der den übrigen Kühlmittelmantelkern bildet, eingesetzt. Nach dem Ausschieben des Stahlschiebers wird der Salzkern in einem folgenden Bearbeitungsschritt beispielsweise mittels Druckluft entfernt. Die Herstellung dieser Salzkerne ist jedoch ebenso wie deren Verarbeitung relativ aufwendig, zumal zur einfachen Verbindung mit dem Stahlschieber gewisse Toleranzen bei der Herstellung zu beachten sind.
  • Es stellt sich daher die Aufgabe, einen Kühlmittelmantelkern und ein Verfahren zur Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses zu schaffen, mit denen nicht nur eine vollständige Umströmung jedes Zylinders auch bei sehr kurzen Zylinderabständen sichergestellt werden kann, sondern auch ausreichende Kühlmittelströme zur sicheren Wärmeabfuhr aus dem Stegbereich erreicht werden. Gleichzeitig soll der Kühlmittelmantelkern möglichst kostengünstig herstellbar sein und einfach und prozesssicher zu montieren sein.
  • Diese Aufgabe wird durch einen Kühlmittelmantelkern und ein Verfahren zur Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses mit den Merkmalen der Ansprüche 1 beziehungsweise 13 gelöst.
  • Dadurch, dass der Stegkern mehrere axial übereinander angeordnete entfernbare Einzelstegkerne aufweist, die an den in der Schnittebene angeordneten gegenüberliegenden radialen Enden der Kernkörper am Grundkern befestigt sind, wird ein ausreichend großer Durchströmungsquerschnitt für das Kühlmittel im Stegbereich des Zylinderkurbelgehäuses zur Verfügung gestellt, um eine ausreichende Wärmeabfuhr über die gesamte axiale Höhe sicherzustellen, ohne dass die Stabilität des Kurbelgehäuses zu sehr verringert wird. Dabei ist die Herstellung der Einzelstegkerne einfach durchführbar, da sie als einfache Körper geformt werden können. Dies führt zu einer deutlich erhöhten Prozesssicherheit.
  • Dadurch, dass der Kühlmittelmantelkern hergestellt wird, indem zunächst ein Grundkern geschossen wird, anschließend mehrere Einzelstegkerne einzeln hergestellt werden und daraufhin in den Grundkern die Einzelstegkerne axial übereinanderliegend in einer Schnittebene zwischen zwei benachbarten im Wesentlichen hohlzylinderschnittförmigen Kernkörpern des Grundkerns an den gegenüberliegenden radialen Enden der Kernkörper befestigt werden, wird der Zusammenbau des Kühlmittelmantelkerns im Vergleich zu bekannten Ausführungen vereinfacht. Die Einzelstegkerne sind kostengünstig ohne Einhaltung enger Toleranzen herstellbar und entsprechend leicht montierbar.
  • Vorzugsweise sind die Einzelstegkerne formschlüssig am Grundkern befestigt, so dass ein einfaches Einschieben von unten oder von der Seite zur Befestigung ausreicht. So werden keine zusätzlichen Befestigungsschritte benötigt, wodurch die Taktzeiten zur Fertigstellung des Kühlmittelmantelkerns verkürzt werden können.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Grundstegkern einstückig mit dem Grundkern ausgebildet beziehungsweise wird dieser Grundstegkern einstückig mit dem Grundkern geschossen, gegen dessen Enden die Einzelstegkerne geschoben werden. Dieser Grundstegkern ist bezüglich seiner Geometrie frei gestaltbar. Beim Kernschießen ist eine Entformung des Kerns mit nur einem Steg problemlos möglich. Durch diesen Grundstegkern erhöht sich auch die Stabilität des geschossenen Kühlmittelmantelkerns. Die Positionierung der Einzelstegkerne durch die entstehende festliegende Auflagefläche wird deutlich erleichtert.
  • Dabei ist dieser Grundstegkern vorteilhafterweise auf halber axialer Höhe ausgebildet, so dass oberhalb und unterhalb des festen Grundstegkerns weitere Einzelstegkerne einschlebbar sind. Durch diese Ausführung wird eine besonders gute Stabilität erreicht. Gleichzeitig dienen die Enden des Grundstegkerns als Anlagepunkte für die von beiden axialen Seiten einschiebbaren Einzelstegkerne.
  • In einer alternativen Ausführung, die sich vor allem für extrem kleine Stegbreiten empfiehlt, bei denen sonst ein Bruch des mit dem Grundkern geschossenen Grundstegkerns zu befürchten ist, erstreckt sich von den gegenüberliegenden radialen Enden des Grundkerns in der Schnittebene jeweils auf gleicher axialer Höhe ein Vorsprung, der dann als Auflagefläche für die sehr dünnen Einzelstegkerne dient.
  • Entsprechend sind axial oberhalb und/oder unterhalb des einstückig hergestellten Grundstegkerns oder der Vorsprünge die Einzelstegkerne formschlüssig befestigt.
  • Dabei ergibt sich eine besonders einfache Befestigung, wenn an den radialen Enden der hohlzylinderschnittförmigen Kernkörper in der Schnittebene eine axial fortschreitende Ausformung ausgebildet ist, in die jeweils die mit einer korrespondierenden Ausformung ausgebildeten Enden der Einzelstegkerne formschlüssig eingreifen. Somit werden axial von oben und/oder unten die Einzelstegkerne formschlüssig mit ihren Enden in korrespondierende Ausformungen des Kernkörpers eingeschoben, welche in der Schnittebene an den zueinander weisenden radialen Enden der hohlzylinderschnittförmigen Kernkörper ausgebildet sind. So wird eine lösbare formschlüssige Verbindung geschaffen, die einfach herzustellen ist.
  • In einer bevorzugten alternativen Ausführungsform sind an den gegenüberliegenden radialen Enden im Kernkörper in der Schnittebene verlaufende Öffnungen ausgebildet, in welchen die Enden der Einzelstegkerne angeordnet sind. Dies bedeutet, dass die Einzelstegkerne von einer Seite horizontal entlang der Schnittebene durch Öffnungen an einem ersten radialen Ende des Kernkörpers in Aufnahmeöffnungen an dem gegenüberliegenden Ende des Kernkörpers geschoben werden können. So ergibt sich einerseits eine einfache Fixierung und eindeutige Positionierung der Einzelstegkerne bei guter Zugänglichkeit bei der Montage als auch beim Ausspülen der Kerne als auch eine freie Wahl der Abstände der Kühlkanäle zueinander.
  • In einer hierzu wiederum alternativen Ausgestaltung der Erfindung sind die Einzelstegkerne axial übereinanderliegend in einem Rahmen befestigt, der formschlüssig in der Schnittebene im Grundkern befestigt ist. Bei dieser Ausführung werden die Einzelstegkerne mit ihren Enden in einen Rahmen eingesetzt, der axial von oben und/oder unten formschlüssig mit den Einzelstegkernen in korrespondierende Ausformungen des Kernkörpers eingeschoben wird, welche in der Schnittebene an den zueinander weisenden radialen Enden der hohlzylinderschnittförmigen Kernkörper ausgebildet sind. So wird zunächst der gesamte Stegkern zusammengesetzt und dann als Ganzes eingesetzt. Dies führt zu einer einfacheren Handhabung, wobei der Vorteil der einfachen Herstellbarkeit der dünnen Einzelstegkerne erhalten bleibt.
  • Ein besonders einfacher Aufbau des Rahmens ergibt sich, wenn dieser zwei axial verlaufende Trägerelemente aufweist, in denen Öffnungen ausgebildet sind, in die die Enden der Einzelstegkerne formschlüssig greifen.
  • Vorzugsweise sind die Einzelstegkerne lediglich 0,3 bis 1,5 mm breit, so dass eine Verwendung auch für sehr schmale Stegbreiten zwischen den Zylindern des Gussteils möglich ist.
  • Die Einzelstegkerne werden vorteilhafterweise je nach Anwendung und geforderter Breite aus Sand, Salz, Glas, Graphit oder Keramik hergestellt.
  • Es wird somit ein Kühlmittelmantelkern und ein Verfahren zur Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses geschaffen, mit denen auch bei sehr nah aneinander stehenden Zylindern dennoch eine ausreichend große umlaufende Kühlung der Zylinder hochverdichtender Motoren durch Ausbildung mehrerer übereinander liegender schmaler Kühlkanäle im Stegbereich sichergestellt wird. Dabei ist die Herstellung des Kühlmittelmantelkerns einfach sowie prozesssicher durchführbar und es kann auf eine nachfolgende Bearbeitung des Zylinderkurbelgehäuses zur Herstellung der Kühlkanäle verzichtet werden. Auch ist das anschließende Entfernen des gesamten Kühlmittelmantelkerns mit bekannten Mitteln durchzuführen.
  • Ein erfindungsgemäßer Kühlmittelmantelkern sowie ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses mit schmaler Stegbreite werden beispielhaft anhand der Figuren im Folgenden beschrieben.
    • Figur 1 zeigt eine Seitenansicht eines schematisch dargestellten Zylinderkurbelgehäuses zur Verdeutlichung der Lage des Kühlmittelmantelkerns in perspektivischer Darstellung.
    • Figur 2 zeigt einen Ausschnitt einer Kopfansicht eines nach einem ersten Verfahren hergestellten erfindungsgemäßen Kühlmittelmantelkerns in perspektivischer Darstellung.
    • Figur 3 zeigt einen Ausschnitt einer Kopfansicht eines nach einem zweiten Verfahren hergestellten erfindungsgemäßen Kühlmittelmantelkerns in perspektivischer Darstellung.
    • Figur 4 zeigt einen Ausschnitt einer Kopfansicht eines nach einem dritten Verfahren hergestellten erfindungsgemäßen Kühlmittelmantelkerns in perspektivischer Darstellung.
  • Die Figur 1 zeigt ein Zylinderkurbelgehäuse 10 mit vier in Reihe angeordneten Zylindern 12, welche einen Abstand von lediglich drei bis acht Millimeter zueinander aufweisen. Um jeden dieser Zylinder 12 ist umlaufend ein Kühlmittelmantel 14 ausgebildet, zu dessen Herstellung in eine nicht dargestellte Gießform ein Kühlmittelmantelkern 16 mit Stegkernen 18 eingelegt wird. Diese Stegkerne 18 befinden sich im Bereich von Stegen 19 des Zylinderkurbelgehäuses 10, also zwischen den Zylindern 12 und weisen an ihrer schmalsten Stelle eine Breite von lediglich etwa 0,3 bis 1,5 mm auf.
  • Um ein derartiges Zylinderkurbelgehäuse 10 herzustellen, wird zunächst durch Kernschießen ein Grundkern 20 aus Quarz- oder Zirkonsand oder anderen Formgrundstoffen in bekannter Weise hergestellt.
  • Der Kühlmittelmantelkern 16 besteht entsprechend zur Zylinderanzahl des Verbrennungsmotors aus vier nebeneinanderliegenden hohlzylinderschnittförmigen Kernkörpern 22, wobei der Schnitt in Form einer in Axialrichtung verlaufenden Sekante verläuft. Selbstverständlich korrespondiert die Anzahl der Kernkörper 22 zur Anzahl der Zylinder, so dass je nach Verbrennungsmotor auch zwei bis zwölf Kernkörper 22 notwendig sein können. Jeweils zwei nebeneinanderliegende Kernkörper 22 weisen dabei eine gemeinsame Schnittebene 24 auf, so dass in jeder Schnittebene 24 gleichzeitig die beiden Verbindungsflächen 25 der aneinandergrenzenden radialen Enden 26 der nebeneinanderliegenden Kernkörper 22 angeordnet sind. Zwischen den beiden gegenüberliegenden Enden 26 von jeweils zwei Kernkörpern 22 befinden sich die Stegkerne 18, die diese Enden 26 zweier Kernkörper 22 miteinander verbinden.
  • In der Figur 2 ist ein Grundstegkern 28 ersichtlich, der die beiden radialen Enden 26 zweier Kernkörper 22 miteinander verbindet. Dieser Grundstegkern 28 wird beim Kernschießen mit dem Grundkern 20 gemeinsam einstückig hergestellt. Eine Entformung aus einer Kernform ist somit in Axialrichtung nach unten und oben möglich. Dieser Grundstegkern 28 ist somit bezüglich seiner Form in weitem Maße frei auszugestalten, wobei lediglich die Breite des Grundstegkerns 28 ausreichend kleiner sein muss als die Stegbreite des Zylinderkurbelgehäuses 10. Der Grundstegkern 28 befindet sich bezüglich der Mittelachse des Zylinders 12 etwa auf halber Höhe des Grundkerns 20.
  • Erfindungsgemäß werden in der Schnittebene 24 zwischen die radialen Enden 26 der Kernkörper 22 weitere Einzelstegkerne 30 eingesetzt. Diese werden bezüglich der Zylinderachse von oben und unten gegen den Grundstegkern 28 geschoben, der als Anschlag für den jeweils ersten von oben und unten eingeschobenen Einzelstegkern 30 dient. Die radialen Enden 26 der Kernkörper 26 weisen eine sich in Axialrichtung ersteckende Ausformung 32 auf, in die korrespondierende Ausformungen 34, die an Enden 36 der Einzelstegkerne 30 ausgeformt sind, in Form einer Nut-Feder-Verbindung eingreifen. Die Enden 36 der Einzelstegkerne 30 weisen in Axialrichtung eine größere Erstreckung auf, als der mittlere Teil, so dass nach dem Einschieben des oberen Einzelstegkerns 30 gegen den Grundstegkern 28 und der beiden unteren Einzelstegkerne 30 gegen den Grundstegkern 28 insgesamt fünf axial übereinanderliegende, jedoch im mittleren Bereich beabstandet zueinander angeordnete Stegkerne 28, 30 im Bereich des späteren Steges 19 in der Gießform angeordnet sind, welches vier übereinanderliegende Kühlmittelkanäle 38 bilden.
  • Diese axial eingeschobenen Einzelstegkerne 30 weisen im mittleren Bereich einen Durchmesser von etwa 0,5 bis 1,5 mm auf und werden einzeln aus Sand, Salz, Glas, Graphit oder Keramik hergestellt und anschließend wie beschrieben formschlüssig in den Grundkern 20 eingelegt. Dabei ist in diesem Ausführungsbeispiel zunächst eine Bewegung in Axialrichtung möglich, welche jedoch nach dem Einlegen des fertigen Kühlmittelmantelkerns 16 in die Gießform durch die Wände der Gießform verhindert wird, da die äußeren Einzelstegkerne 30 zumindest mit ihren Enden 36 gegen die Gießformwand anliegen.
  • Sollten die Stege des Zylinderkurbelgehäuses 10 so schmal sein, dass ein Kernschießen mit dem Grundstegkern 28 nicht möglich ist, können auch am Grundkern an den radialen Enden 26 der Kernkörper 22 kleine Vorsprünge ausgebildet werden, die als Anschlagflächen für die von oben und unten einzuschiebenden Einzelstegkerne 30 dienen.
  • Bei dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel sind vier genau an der Verbindungsfläche 25 horizontal zur Zylinderachse in der Schnittebene 24 verlaufende Öffnungen 40 am Grundkern 20 ausgebildet. An der einen Verbindungsfläche 25 sind diese als Durchgangsöffnungen 42 ausgeführt, während an der gegenüberliegenden Seite Ausnahmeöffnungen 44 ausgebildet sind, welche zum gegenüberliegenden radialen Ende 26 des Kernkörpers 22 offen sind. Diese Öffnungen 42, 44 können entweder direkt beim Kernschießen mit ausgeformt werden oder werden nachträglich in den Grundkern 20 gebohrt.
  • Zur Fertigstellung des Kühlmittelmantelkerns 16 werden vier ovale Einzelstegkerne 30 von außen durch die Durchgangsöffnungen 42 horizontal entlang der Schnittebene 24 bis in die Aufnahmeöffnungen 44 geschoben. Auch hierbei entsteht somit eine formschlüssige Verbindung der Einzelstegkerne 30 mit dem Grundkern 20. Der auf diese Weise hergestellte Kühlmittelmantelkern 16 kann wiederum in die Gießform zur Herstellung des Zylinderkurbelgehäuses 10 eingelegt werden, so dass beim Gießen ein Zylinderkurbelgehäuse 10 mit fünf übereinanderliegenden Kühlmittelkanälen 38 im Stegbereich entsteht.
  • Bei dem in Figur 4 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel werden die Einzelstegkerne 30 über einen Rahmen 46 eingesetzt. Dieser weist zwei axial verlaufende Trägerelemente 48 auf, in denen horizontal verlaufende Aufnahmeöffnungen 50 ausgebildet sind, in die die Einzelstegkerne 30 mit ihren Enden 36 eingesteckt werden. Der so entstehende gatterförmige Stegkern 18 wird wiederum zwischen die radialen Enden 26 der Kernkörper 22 eingesetzt. Um auch hier eine formschlüssige Verbindung zum Grundkern 20 zu erhalten weisen die Trägerelemente 48 an ihrem nach außen weisen Ende federförmige Ausformungen 52 auf, welche erneut in die als Nut ausgeführte axial fortschreitende Ausformung 32 an den radialen Enden 26 der Kernkörper 22 greifen, so dass der gesamte Stegkern 18 formschlüssig in den Grundkern 20 eingeschoben werden kann. Am Grundkern 20 kann hierzu im Bereich des Bodens an den radialen Enden 26 jeweils ein kleiner Vorsprung 54 ausgebildet werden, auf dem der gatterförmige Stegkern 18 aufliegt.
  • Der derartig hergestellte Kühlmittelmantelkern 16 wird mit seinen Einzelstegkernen 30 im Folgenden in eine Gießform eingelegt. Nach dem Schließen der Gießform wird diese in bekannter Weise mit einer Metallschmelze, insbesondere einer Leichtmetalischmelze aus einer Aluminiumlegierung befüllt. Nach dem Erstarren der Schmelze in der Gießform wird das Zylinderkurbelgehäuse 10 entnommen und der Kühlmittelmantelkern 16 mit den Einzelstegkernen 30 beispielsweise mittels Hochdrucksprühens ausgespült.
  • So entsteht ein Zylinderkurbelgehäuse mit eng stehenden Zylindern, in dessen Stegbereichen dennoch eine Kühlmittelführung umlaufend und über die gesamte axiale Höhe des Zylinders auch im Stegbereich für jeden Zylinder verwirklicht ist. Der Herstellungsaufwand ist gering und kostengünstig, da keine zusätzlichen Materialen oder Teile benötigt werden. Auf einen folgenden Bearbeitungsschritt kann verzichtet werden.
  • Es können auf diese Weise Kühlmittelkanäle mit einem Querschnittsdurchmesser von 0,3 mm bis 1,5 mm hergestellt werden, wobei die Kerne gelagert werden können, ohne dass ein Kernbruch im Stegbereich zu befürchten ist, da die Einzelstegkerne erst unmittelbar vor dem Gießen oder gegebenenfalls erst in der Gießform eingesetzt werden.
  • Es sollte deutlich sein, dass der Schutzbereich des Hauptanspruchs nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele begrenzt ist. Insbesondere können die beschriebenen Ausführungen entweder mit oder ohne Grundstegkern ausgeführt werden, dessen Lage ebenfalls weitestgehend frei wählbar ist. Selbstverständlich sind auch andere Befestigungen oder Formen der Einzelstegkerne denkbar. Weitere Modifikationen sind selbstverständlich innerhalb des Schutzbereichs des Hauptanspruchs möglich. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich für unterschiedliche Zylinderkurbelgehäuse und verschiedene Gießverfahren und Gießformen.

Claims (17)

  1. Kühlmittelmantelkern (16) zur Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses (10) mit schmaler Stegbreite mit mindestens einem einteiligen Grundkern (20), der mindestens zwei nebeneinander angeordneten im Wesentlichen hohlzylinderschnittförmige Kernkörper (22) aufweist, wobei jeweils die beiden nebeneinander angeordneten Kernkörper (22) eine gemeinsame axial verlaufende Schnittebene (24) aufweisen, die eine Verbindungsfläche (25) zwischen radialen Enden (26) der nebeneinander liegenden Kernkörper (22) bildet und
    einem Stegkern (18), der die gegenüberliegenden radialen Enden (26) jedes Kernkörpers (22) in der Schnittebene (24) miteinander verbindet,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Stegkern (18) mehrere axial übereinander angeordnete entfernbare Einzelstegkerne (30) aufweist, die an den in der Schnittebene (24) angeordneten gegenüberliegenden radialen Enden (26) der Kernkörper (22) am Grundkern (20) befestigt sind.
  2. Kühlmittelmantelkern (16) zur Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses mit schmaler Stegbreite nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Einzelstegkerne (30) formschlüssig am Grundkern (20) befestigt sind.
  3. Kühlmittelmantelkern (16) zur Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses mit schmaler Stegbreite nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    ein Grundstegkern (28) einstückig mit dem Grundkern (20) ausgebildet ist.
  4. Kühlmittelmantelkern (16) zur Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses (10) mit schmaler Stegbreite nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Grundstegkern (28) auf halber axialer Höhe ausgebildet ist.
  5. Kühlmittelmantelkern (16) zur Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses (10) mit schmaler Stegbreite nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    sich von den gegenüberliegenden radialen Enden (26) der Kernkörper (22) in der Schnittebene jeweils auf gleicher axialer Höhe ein Vorsprung erstreckt.
  6. Kühlmittelmantelkern (16) zur Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses (10) mit schmaler Stegbreite nach einem der Ansprüche 3 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    axial oberhalb und/oder unterhalb des einstückig mit dem Grundkern (20) hergestellten Grundstegkerns (28) oder der Vorsprünge die Einzelstegkerne (30) formschlüssig befestigt sind.
  7. Kühlmittelmantelkern (16) zur Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses (10) mit schmaler Stegbreite nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    an den radialen Enden (26) der hohlzylinderschnittförmigen Kernkörper (22) in der Schnittebene (24) eine axial fortschreitende Ausformung (32) ausgebildet ist, in die jeweils die mit einer korrespondierenden Ausformung (34) ausgebildeten Enden (36) der Einzelstegkerne (30) formschlüssig eingreifen.
  8. Kühlmittelmantelkern (16) zur Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses (10) mit schmaler Stegbreite nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    an den gegenüberliegenden radialen Enden (26) im Kernkörper (22) in der Schnittebene (24) verlaufende Öffnungen (40) ausgebildet sind, in welchen die Enden (36) der Einzelstegkerne (30) angeordnet sind.
  9. Kühlmittelmantelkern (16) zur Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses (10) mit schmaler Stegbreite nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Einzelstegkerne (30) axial übereinanderliegend in einem Rahmen (46) befestigt sind, der formschlüssig in der Schnittebene (24) im Grundkern (20) befestigt ist.
  10. Kühlmittelmantelkern (16) zur Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses (10) mit schmaler Stegbreite nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Rahmen (46) zwei axial verlaufende Trägerelemente (48) aufweist, in denen Öffnungen (50) ausgebildet sind, in die die Enden (36) der Einzelstegkerne (30) formschlüssig greifen.
  11. Kühlmittelmantelkern (16) zur Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses (10) mit schmaler Stegbreite nach einem der vorhergehenden Ansprüchen,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Einzelstegkerne (30) 0,3 bis 1,5 mm breit sind.
  12. Verfahren zur Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses (10) mit den Schritten:
    Herstellen eines Kühlmittelmantelkerns (16),
    Einlegen des Kühlmittelmantelkerns (16) in eine Gießform,
    Füllen der Gießform mit einer Metallschmelze,
    Entnahme des Zylinderkurbelgehäuses (10) nach dem Erstarren der Schmelze aus der Gießform,
    Entfernen des Kühlmittelmantelkerns (16) aus dem Zylinderkurbelgehäuse (10),
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Kühlmittelmantelkern (16) hergestellt wird, indem zunächst ein Grundkern (20) geschossen wird, anschließend mehrere Einzelstegkerne (30) einzeln hergestellt werden und daraufhin in den Grundkern (20) die Einzelstegkerne (30) axial übereinanderliegend in einer Schnittebene (24) zwischen zwei benachbarten im Wesentlichen hohlzylinderschnittförmigen Kernkörpern (22) des Grundkerns (20) an den gegenüberliegenden radialen Enden (26) der Kernkörper (22) befestigt werden.
  13. Verfahren zur Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses (10) nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    ein Grundstegkern (28) einstückig mit dem Grundkern (20) geschossen wird, gegen dessen Enden (26) die Einzelstegkerne (30) geschoben werden.
  14. Verfahren zur Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses (10) nach einem der Ansprüche 12 oder 13,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    axial von oben und/oder unten die Einzelstegkerne (30) formschlüssig mit ihren Enden (36) in korrespondierende Ausformungen (32) des Grundkerns (20) eingeschoben werden, welche in der Schnittebene (24) an den zueinander weisenden radialen Enden (26) der hohlzylinderschnittförmigen Kernkörper (22) ausgebildet sind.
  15. Verfahren zur Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses (10) nach
    einem der Ansprüche 12 oder 13,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Einzelstegkerne (30) von einer Seite horizontal entlang der Schnittebene (24) durch Öffnungen (42) an einem ersten radialen Ende (26) des Kernkörpers (22) in Öffnungen (44) an dem gegenüberliegenden radialen Ende (26) des Kernkörpers (22) geschoben werden.
  16. Verfahren zur Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses (10) nach einem der Ansprüche 12 oder 13,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Einzelstegkerne (30) mit ihren Enden (36) in einen Rahmen (46) eingesetzt werden, der axial von oben und/oder unten formschlüssig mit den Einzelstegkernen (30) in korrespondierende Ausformungen (32) des Kernkörpers (22) eingeschoben wird, welche in der Schnittebene (24) an den zueinander weisenden radialen Enden (26) der hohlzylinderschnittförmigen Kernkörper (22) ausgebildet sind.
  17. Verfahren zur Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses (10) nach einem der Ansprüche 12 bis 16,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Einzelstegkerne (30) aus Sand, Salz, Glas, Graphit oder Keramik hergestellt werden.
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