EP2772325B1 - 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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EP2772325B1
EP2772325B1 EP14151922.3A EP14151922A EP2772325B1 EP 2772325 B1 EP2772325 B1 EP 2772325B1 EP 14151922 A EP14151922 A EP 14151922A EP 2772325 B1 EP2772325 B1 EP 2772325B1
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EP
European Patent Office
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core
web
cylinder crankcase
manufacturing
cores
Prior art date
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EP14151922.3A
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French (fr)
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EP2772325A2 (de
EP2772325A3 (de
Inventor
Christian Klimesch
Stephan Beer
Steffen Ziegler
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KS Huayu Alutech GmbH
Original Assignee
KS Huayu Alutech GmbH
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Publication date
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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 a narrow web width with at least one one-piece base core which has at least two essentially hollow cylindrical core bodies arranged next to one another, the two core bodies arranged next to one another each having a common axially extending cutting plane, which has a connecting surface between radial ends of the forms adjacent core body and a web core, which connects the opposite radial ends of each core body in the sectional plane, and a method for producing a cylinder crankcase, in which a coolant jacket core is produced, which is inserted into 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 in such a way that a water channel is also formed between the cylinders, that is to say in the land area, so that a flow around at least one axial section of the cylinder is ensured.
  • the cylinder crankcase is manufactured with increasingly smaller distances between the cylinders of a row of cylinders, so that the formation of a water jacket around the cylinders with conventional sand or salt cores is very difficult because the cores can tear due to stresses in the core sleeve or in the subsequent storage or during the casting process with web area widths of less than 2.5 mm.
  • various proposals for the production of particularly small web areas have therefore become known.
  • the coolant jacket core for producing a cylinder crankcase with wide webs, that is, to flatten the openings, which are otherwise cylindrical, in the web area.
  • a cylindrical opening is created and corresponding parts of the web area are removed, so that a narrow web is created.
  • the stability of the resulting core is often not sufficient, so that cracks occur in the core.
  • the DE 38 28 093 A1 proposed a core in which a ceramic plate is arranged in the web area, which is inserted into the core mold before the core is fired. This plate should then be removed by sandblasting. A second plate can be placed in the lower part of the land area to improve the stability of the core. However, this then remains in the cylinder crankcase and does not form a cooling channel. The production of the core and the removal of the plate after casting are difficult. The material used also has an undesirable influence on the structure of the crankcase.
  • the coolant jacket core should be inexpensive to manufacture and simple and reliable to assemble.
  • the web core has a plurality of individual web cores which are arranged axially one above the other and which can be rinsed out of the cylinder crankcase with the coolant jacket core and which are fastened to the base core on the opposite radial ends arranged in the sectional plane, results in a sufficiently large flow cross-section for the coolant in the web region of the cylinder crankcase provided to ensure sufficient heat dissipation over the entire axial height without the stability of the crankcase is reduced too much.
  • the manufacture of the individual bar cores is easy to carry out since they can be shaped as simple bodies. This leads to significantly increased process reliability.
  • the coolant jacket core is produced by first shooting a base core, then producing a plurality of individual crosspiece cores individually and then fastening the individual crosspiece cores axially one above the other in a sectional plane between two adjacent essentially hollow cylindrical core bodies of the base core at the opposite radial ends of the core bodies the assembly of the coolant jacket core is simplified compared to known designs.
  • the single bar cores can be manufactured cost-effectively without adhering to narrow tolerances and are accordingly easy to assemble.
  • the individual bar cores are preferably attached to the base core in a form-fitting manner, so that simple insertion from below or from the side is sufficient for fastening. So no additional Fastening steps required, which can shorten the cycle times for the completion of the coolant jacket core.
  • the web core has a base web core which is formed in one piece with the base core or this base web core is shot in one piece with the base core, against the ends of which the individual web cores are pushed.
  • This base bar core can be freely designed with regard to its geometry. In core shooting, demolding of the core is easily possible with just one bar.
  • This base bar core also increases the stability of the shot coolant jacket core. The positioning of the individual bar cores due to the resulting fixed contact surface is made significantly easier.
  • This base web core is advantageously formed at half the axial height of the base core, so that further individual web cores can be inserted above and below the fixed base web core. Particularly good stability is achieved with this design.
  • the ends of the base web core serve as contact points for the individual web cores that can be inserted from both axial sides.
  • a protrusion extends from the opposite radial ends of the base core in the cutting plane at the same axial height, which then serves as a support surface for the very thin individual bar cores.
  • the individual web cores are fastened in a form-fitting manner axially above and / or below the one-piece base web core or the projections.
  • openings are formed at the opposite radial ends in the core body in the sectional plane, in which the ends of the individual web cores are arranged.
  • the individual web cores are fastened axially one above the other in a frame which is positively fastened in the sectional plane in the basic core.
  • the ends of the individual web cores are inserted into a frame which is inserted axially from above and / or below in a form-fitting manner with the individual web cores in corresponding shapes of the core body which are formed in the sectional plane at the radial ends of the hollow cylindrical core bodies which face each other. So will First the entire bar core was put together and then used as a whole. This leads to easier handling, while the advantage of the simple manufacture of the thin individual web cores is retained.
  • a particularly simple structure of the frame is obtained if it has two axially extending support elements, in which openings are formed, into which the ends of the individual web cores engage in a form-fitting manner.
  • the individual web cores are preferably only 0.3 to 1.5 mm wide, so that they can also be used for very narrow web widths between the cylinders of the cast part.
  • the individual bar cores are advantageously made of sand, salt, glass, graphite or ceramic, depending on the application and the required width.
  • a coolant jacket core and a method for producing a cylinder crankcase are thus created, with which a sufficiently large circumferential cooling of the cylinders of high-compression engines is nevertheless ensured, even in the case of cylinders which are very close to one another, by forming a plurality of narrow cooling channels lying one above the other in the web area.
  • the production of the coolant jacket core can be carried out simply and reliably and there is no need for subsequent processing of the cylinder crankcase to produce the cooling channels.
  • the subsequent removal of the entire coolant jacket core can also be carried out using known means.
  • the Figure 1 shows a cylinder crankcase 10 with four cylinders 12 arranged in series, which are only three to eight millimeters apart.
  • a coolant jacket 14 is circumferentially formed around each of these cylinders 12, for the manufacture of which a coolant jacket core 16 with web cores 18 is inserted into a casting mold (not shown).
  • These web cores 18 are located in the region of webs 19 of the cylinder crankcase 10, that is to say between the cylinders 12, and have a width of only about 0.3 to 1.5 mm at their narrowest point.
  • a base core 20 is first produced from quartz sand or zircon sand or other molding base materials in a known manner by core shooting.
  • the coolant jacket core 16 consists of four adjacent to each other corresponding to the number of cylinders of the internal combustion engine hollow cylindrical core bodies 22, the cut being in the form of a secant extending in the axial direction.
  • the number of core bodies 22 corresponds to the number of cylinders, so that depending on the internal combustion engine, two to twelve core bodies 22 may also be necessary.
  • Each two adjacent core bodies 22 have a common cutting plane 24, so that the two connecting surfaces 25 of the adjacent radial ends 26 of the adjacent core bodies 22 are simultaneously arranged in each cutting plane 24.
  • the web cores 18, which connect these ends 26 of two core bodies 22 to one another, are located between the two opposite ends 26 of each two core bodies 22.
  • a base web core 28 can be seen which connects the two radial ends 26 of two core bodies 22 to one another.
  • This base bar core 28 is produced in one piece with the base core 20 during core shooting. Demolding from a core shape is thus possible in the axial direction downwards and upwards.
  • the shape of this base web core 28 is thus largely free, only the width of the base web core 28 having to be sufficiently smaller than the web width of the cylinder crankcase 10.
  • the base web core 28 is located approximately at half the height of the base core 20 with respect to the central axis of the cylinder 12 .
  • further individual web cores 30 are inserted in the sectional plane 24 between the radial ends 26 of the core body 22. 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 first individual web core 30 inserted from above and below.
  • the radial ends 26 of the core body 26 have a shape 32 that extends in the axial direction and into which corresponding shapes 34, which are formed at ends 36 of the individual web cores 30, have a shape engage a tongue and groove connection.
  • the ends 36 of the individual web cores 30 have a greater extent in the axial direction than the central part, so that after the upper individual web core 30 has been pushed in against the base web core 28 and the two lower individual web cores 30 against the base web core 28, a total of five axially one above the other, but in the middle In the region, spaced-apart web cores 28, 30 are arranged in the region of the later web 19 in the casting mold, which form four coolant channels 38 lying one above the other.
  • These axially inserted individual web cores 30 have a diameter of approximately 0.5 to 1.5 mm in the central region and are individually manufactured 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 initially possible, but this is prevented by inserting the finished coolant jacket core 16 into the casting mold through the walls of the casting mold, since the outer individual web cores 30 rest at least with their ends 36 against the mold wall.
  • small projections can also be formed on the base core at the radial ends 26 of the core body 22, which serve as stop surfaces for the individual web cores 30 to be inserted from above and below serve.
  • openings 40 are formed on the base core 20 exactly on the connecting surface 25 horizontally to the cylinder axis in the sectional plane 24.
  • these are designed as through openings 42, while on the opposite side, exceptional openings 44 are formed, which are open to the opposite radial end 26 of the core body 22.
  • These openings 42, 44 can either directly at Core shoots are formed with or are subsequently drilled in the base core 20.
  • coolant jacket core 16 To complete the coolant jacket core 16, four oval individual web cores 30 are pushed horizontally from the outside through the through openings 42 along the cutting plane 24 into the receiving openings 44. This also results in a positive connection of the individual web cores 30 to the base core 20.
  • the coolant jacket core 16 produced in this way can in turn be inserted into the casting mold for producing the cylinder crankcase 10, so that a cylinder crankcase 10 with five superimposed coolant channels 38 is formed in the web area during casting .
  • the single bar cores 30 are inserted over a frame 46.
  • This has two axially extending support elements 48, in which horizontally extending receiving openings 50 are formed, into which the individual 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 again engage in the axially progressing form 32 designed as a groove at the radial ends 26 of the core body 22, so that the Entire bar core 18 can be positively inserted into the base core 20.
  • a small projection 54 can be formed on the base core 20 in the region of the bottom at the radial ends 26, on which the gate-shaped web core 18 rests.
  • the coolant jacket core 16 produced in this way is inserted with its individual web cores 30 into a casting mold below. After the casting mold has been closed, it is melted in a known manner with a metal melt, in particular a light metal melt Filled aluminum alloy. After the melt has solidified in the casting mold, the cylinder crankcase 10 is removed and the coolant jacket core 16 with the individual web cores 30 is rinsed out, for example by means of high-pressure spraying.
  • a metal melt in particular a light metal melt Filled aluminum alloy.
  • coolant channels with a cross-sectional diameter of 0.3 mm to 1.5 mm can be produced, and the cores can be stored without fear of a core break in the web area, since the individual web cores only immediately before casting or, if necessary, only can be used in the mold.

Landscapes

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)

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.
  • Auch aus der DE 10 2011 105 388 A1 ist ein Stegkern bekannt, der in einen Grundkern eingeschoben werden kann und in dem übereinanderliegende Schlitze eingebracht 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 12 gelöst.
  • Dadurch, dass der Stegkern mehrere axial übereinander angeordnete, mit dem Kühlmittelmantelkern aus dem Zylinderkurbelgehäuse ausspülbare, einzeln hergestellte 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 weist der Stegkern einen Grundstegkern auf, der einstückig mit dem Grundkern ausgebildet ist 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 des Grundkerns ausgebildet, so dass oberhalb und unterhalb des festen Grundstegkerns weitere Einzelstegkerne einschiebbar 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 Leichtmetallschmelze 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, mit dem Kühlmittelmantelkern aus dem Zylinderkurbelgehäuse ausspülbare, einzeln hergestellte 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
    der Stegkern (18) einen Grundstegkern (28) aufweist, der 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 des Grundkerns (20) 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 oder 4,
    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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