EP3110581A1 - Verfahren für die herstellung eines gusskerns für die fertigung von zylinderköpfen - Google Patents

Verfahren für die herstellung eines gusskerns für die fertigung von zylinderköpfen

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EP3110581A1
EP3110581A1 EP15703290.5A EP15703290A EP3110581A1 EP 3110581 A1 EP3110581 A1 EP 3110581A1 EP 15703290 A EP15703290 A EP 15703290A EP 3110581 A1 EP3110581 A1 EP 3110581A1
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EP
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core
casting
sprue
cylinder heads
producing
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Jean-Marc Segaud
Manfred Huber
Thomas Summer
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Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
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Publication date
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    • 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
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    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D25/00—Special casting characterised by the nature of the product
    • B22D25/02—Special casting characterised by the nature of the product by its peculiarity of shape; of works of art

Definitions

  • the present invention relates to a method for the production of a casting core for the production of cylinder heads, a casting core for the production of cylinder heads and a casting method for the production of at least two Zylinderköp- fen.
  • cylinder heads are produced by casting.
  • a corresponding outer contour in slides, or in particular in a base plate is usually formed in a tool mold.
  • corresponding inner contours such as water channels, air channels and the combustion chambers in the cylinder head
  • lost cores are used during casting in the tool mold.
  • These lost cores are usually formed of sand and serve to keep the corresponding cavities free from penetration of the molten melt material.
  • the alignment of the cylinder heads is formed from top to bottom, so that the melt from above penetrates with high melting temperature directly on the base plate and distributed there. This leads to high thermal stress on the base plate and the contours formed there for the formation of the corresponding counter contour of the cylinder head.
  • An inventive method is used to produce a casting core for the production of cylinder heads.
  • the method comprises the following steps:
  • An inventive method now builds on a casting core of individual core components.
  • at least two core components are produced, which are each designed for the formation of the inner contours of a cylinder head. It is thus possible according to the invention to produce two cylinder heads simultaneously in a tool mold with a cast core produced according to the invention. It is already evident here that the production capacity with a mold is doubled or essentially doubled in the same time span.
  • a building-up method is in particular a so-called rapid-prototyping method or the so-called three-dimensional printing.
  • the respectively desired geometrically three-dimensional shape of the corresponding core component is constructed in a layered structure.
  • various types of connection between the individual layers can be made available according to the invention. It is preferred if this connection between the individual layers is sufficiently strong to provide the necessary resistance when introducing the melt. At the same time it is necessary that for demolding, a slight dissolution of the material of the casting core can be ensured in order finally to use the cylinder head made accordingly.
  • the core components and / or the sprue core component can also be generated at least partially together in a single step. So it is conceivable that one of the core components is equipped directly with the functionalities of the sprue core component. Of course, it is also possible that both core components partially have the sprue core component, and accordingly in the assembly an inventive casting core is produced.
  • the manufacture of the two cylinder heads is also performed in opposite directions. This is done with the correct orientation. While in known molds usually the cylinder heads are aligned with their combustion chambers down in the direction of the base plate, now by a casting core according to the invention rotated by 90 ° alignment can be possible. This results in the two cylinder heads with their combustion chambers being aligned with the direction of the lateral slides in the tool mold. The orientation of the combustion chambers of the two cylinder heads is oriented opposite to each other.
  • a great advantage of a casting core according to the invention is the reduction of the cost of materials for the core.
  • a second sprue core component is avoided compared to the known solutions in the production of a single cylinder head.
  • the sprue core component used according to the invention is used in parallel for feeding the tool mold for two cylinder heads. This leads to a reduced cost of materials on the part of the casting core.
  • the casting-core component is likewise produced by a constructive method.
  • the constructive method is here also a so-called three-dimensional printing or a rapid prototyping process to understand.
  • the same method and / or the same aterial composition as for at least one of the two other core components is used for the sprue core component.
  • the same material and the same constructive method is used for all core components and for the sprue core component.
  • a method according to the invention can be further developed such that the core components have a connection section, in particular a form-fitting section, and the sprue core component have counter-connection sections, in particular counter-form-fitting sections.
  • the core components can be fastened via the connection sections to the counter-connection sections of the sprue core component. It is preferred if these are form-fitting and force-transmitting solutions. This makes it easy to nest the core components and the sprue core component.
  • the connection interface of the core component may have a corresponding pin-shaped projection.
  • the associated counter-connecting portion of the sprue core member has a corresponding recess, so that by simply inserting the core member into the associated counter-connecting portion of the sprue core member assembly takes place.
  • This is in particular embodied such that the connecting sections and the counter-connecting sections are geometrically uniquely aligned relative to each other. By this is meant that an unambiguous orientation of the respective core component is possible only at a single point and at a single orientation at the counter-connecting portion. Thus, the risk of incorrect composition and thus a wrong geometry for the cylinder heads to be produced is avoided with high probability.
  • the connecting sections and the counter-connecting section can also represent a centering aid or a positioning aid in addition to the pure positive and / or non-positive connection. This also leads to the tolerances to be achieved with higher probability and above all with higher security to reach. The entire assembly and positioning is thus not easier, but also possible faster.
  • the core components are connected to the sprue core component with an opposite orientation of approximately 180 °.
  • This orientation is to be understood as meaning, in particular, an orientation angle which is formed between the two main orientations of the two cylinder heads or of the two associated core components.
  • the extrusion axis of a corresponding combustion chamber of the cylinder head can represent such an orientation.
  • the angle between the axis of the combustion chamber of one of the two cylinder heads and the axis of the combustion chamber of the further cylinder head is approximately 180 °. This leads to the most efficient utilization of the necessary Kavmaschinesraumes within a mold.
  • the associated tool shape can be made smaller, more compact and less material.
  • the sprue core component has at least one feeder section and in particular at least one air outlet section.
  • the feeder section By this is meant that over the feeder section a corresponding melt introduction can take place.
  • Feeder section or a single plurality of feeder sections is necessary. Since the melt also solidifies in the feeder section, this inevitably leads to exclusion during the casting process, which can be halved accordingly by the training and dual use here for two cylinder heads, compared to known solutions. The same applies accordingly to the air outlet section, which serves, during the introduction of the melt, to let out the air in the cavity. Again, a corresponding material savings can be achieved.
  • an inorganic material is used in a method according to the invention for the production of at least one of the core components. This leads in particular to advantages in the production of the casting core, as well as later during removal or insertion of the casting core. This refers in particular to in particular to possibly resulting pollutants or odors, which may be unpleasant or even harmful. Accordingly, the use of inorganic material is already preferable in the production of the casting core.
  • a casting core for the production of cylinder heads comprising at least two core components, produced with an ancillary method with a contour for the formation of inner contours of each cylinder head.
  • this casting core has a sprue core component for the supply of the melt during the casting process.
  • the core components are connected to the sprue core component in the opposite direction.
  • a casting core is produced by means of a method according to the invention.
  • Another object of the present invention is a casting method for the manufacture of at least two cylinder heads, comprising the following steps:
  • a method according to the invention uses in particular a casting core which has been produced by a method according to the invention.
  • a casting method according to the invention with the same advantages as they in detail with reference to a method according to the invention and with reference to a casting core according to the invention have been explained.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a casting core according to the invention and associated cylinder heads
  • FIG. 2 shows the embodiment of FIG. 1 in a different perspective
  • Fig. 5 shows an embodiment of a casting core according to the invention
  • Fig. 6 shows an embodiment of a casting core according to the invention, used in a corresponding tool shape.
  • FIGS. 1 and 2 show schematically how a cast core 10 according to the invention acts.
  • a further core component 20 and 30 is arranged on the left and right via a central sprue core component 40.
  • the two lateral core components 20 and 30 have corresponding contours, which serve for the formation of the respective cylinder head 100 and the associated inner contour 110.
  • this Functions are provided centrally and thus in double use for both cylinder heads 100.
  • Fig. 3 shows schematically a first step of a method according to the invention.
  • inorganic material is built up in layers.
  • two core members 20 and 30 are constructed. It can already be clearly seen here that both core components 20 and 30 are symmetrical, since they are used for the execution of identical or identical cylinder heads 100. Also, the formation of pin-shaped extensions for the connecting portions 22 and 32 can be seen well in this illustration. The two connecting portions 22 and 32 are formed here as a form-fitting portions 24 and 34.
  • Fig. 4 shows the assembly of the manufactured core members 20 and 30 and a gate core member 40.
  • the runner core member 40 may, for example, also have been produced in a layered construction here. Here is well illustrated by the arrows, as the two core members 20 and 30 are inserted into corresponding counter-connecting portions 42 by a simple lateral insertion. Thus, the connection with the connection sections 22 and 32 can be ensured via the correlation of the counter-connection sections 42 or the embodiment as counter-form-fitting sections 44. As a result, after assembly, the finished casting core 10 looks like the embodiment of FIG. 5, for example.
  • the casting core 10 of the embodiment of FIG. 5 is now inserted into a tool mold 200, then this may be, for example, an embodiment according to FIG. 6.
  • a base plate 210 as well as lateral slides 220 provide a corresponding cavity in which over the casting core 10 free spaces for the formation of free volumes in the cylinder heads 100 are kept free.
  • the casting process can now be carried out, and two cylinder heads 100 are formed at the same time in lateral offset 180 ° to the left and right of the sprue core component 40.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren für die Herstellung eines Gusskerns (10) für die Fertigung von Zylinderköpfen (100), aufweisend die folgenden Schritte: - Erzeugen wenigstens eines Kernbauteils (20) mit einem aufbauenden Verfahren mit einer Kontur für die Ausbildung von Innenkonturen (110) eines ersten Zylinderkopfes (100), - Erzeugen wenigstens eines weiteren Kernbauteils (30) mit einem aufbauenden Verfahren mit einer Kontur für die Ausbildung von Innenkonturen (110) eines weiteren Zylinderkopfes (100), - Erzeugen wenigstens eines Anguss-Kernbauteils (40) für die Zufuhr der Schmelze während des Gießverfahrens, - Verbinden der beiden Kernbauteile (20, 30) mit dem Anguss-Kernbauteil (40) in einer entgegengesetzten Ausrichtung.

Description

Beschreibung
VERFAHREN FÜR DIE HERSTELLUNG EINES GUSSKERNS FÜR DIE FERTI- GUNG VON ZYLINDERKÖPFEN
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren für die Herstellung eines Gusskerns für die Fertigung von Zylinderköpfen, einen Gusskern für die Fertigung von Zylinderköpfen sowie ein Gießverfahren für die Fertigung von wenigstens zwei Zylinderköp- fen.
Es ist bekannt, dass Zylinderköpfe im Gießverfahren hergestellt werden. Hierfür ist üblicherweise in einer Werkzeugform eine entsprechende Außenkontur in Schiebern, bzw. insbesondere in einer Grundplatte, ausgebildet. Um entsprechende Innenkontu- ren, wie Wasserkanäle, Luftkanäle und die Brennräume in dem Zylinderkopf ausbilden zu können, werden sogenannte verlorene Kerne beim Gießen in der Werkzeugform eingesetzt. Diese verlorenen Kerne sind üblicherweise aus Sand ausgebildet, und dienen dazu, die entsprechenden Hohlräume vom Eindringen des geschmolzenen Schmelzmaterials freizuhalten. Bei bekannten Werkzeugformen ist die Ausrich- tung der Zylinderköpfe von oben nach unten ausgebildet, so dass die Schmelze von oben eindringend mit hoher Schmelztemperatur direkt auf die Grundplatte auftrifft und sich dort verteilt. Dies führt zu hoher thermischer Belastung der Grundplatte und der dort ausgebildeten Konturen für die Ausbildung der entsprechenden Gegenkontur des Zylinderkopfes.
Neben der thermischen Belastung und der entsprechend notwendigen Instandhaltung für die Grundplatte weisen bekannte Gießverfahren weitere Nachteile auf. Insbesondere handelt es sich dabei um die Einschränkung in der Gestaltungsfreiheit der Zylinderköpfe. So muss bei dieser Ausrichtung von oben nach unten die
Entformbarkeit gewährleistet bleiben. Dies gilt auch und gerade bei verlorenen Kernen. Darüber hinaus muss auch für das Einsetzen und die Herstellung dieser verlorenen Kerne als Gusskerne eine entsprechende Herstellbarkeit gewährleistet bleiben. Diese beiden Einschränkungen reduzieren die Gestaltungsfreiheit und damit die Möglichkeit auch komplexe Zylinderkopfformen zu erzeugen. Nicht zuletzt ist die Hersteilung der Gusskerne selbst ein aufwendiges und kostenintensives Verfahren. Auch das Ausrichten und Positionieren derselben in der Werkzeugform führt zu hohem Zeitaufwand. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in kostengünstiger und einfacher Weise die Herstellung der Gusskerne und/oder der Zylinderköpfe zu verbessern. Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , einen Gusskern mit den Merkmalen des Anspruchs 7 sowie ein Gießverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfin- dungsgemäßen Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Gusskern sowie dem erfindungsgemäßen Gießverfahren und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient der Herstellung eines Gusskerns für die Fertigung von Zylinderköpfen. Hierfür weist das Verfahren die folgenden Schritte auf:
- Erzeugen wenigstens eines Kernbauteils mit einem aufbauenden Verfahren mit einer Kontur für die Ausbildung von Innenkonturen eines ersten Zylinderkopfes,
- Erzeugen wenigstens eines weiteren Kernbauteils mit einem aufbauenden Verfahren mit einer Kontur für die Ausbildung von Innenkonturen eines weiteren Zylinderkopfes,
- Erzeugen wenigstens eines Anguss-Kernbauteils für die Zufuhr der Schmelze während des Gießverfahrens,
- Verbinden der beiden Kernbauteile mit dem Anguss-Kernbauteil in einer entgegengesetzten Ausrichtung. Ein erfindungsgemäßes Verfahren baut nun einen Gusskern aus einzelnen Kernbauteilen auf. Insbesondere werden mindestens zwei Kernbauteile erzeugt, welche jeweils für die Ausbildung der Innenkonturen eines Zylinderkopfes ausgebildet sind. Es ist somit erfindungsgemäß möglich, mit einem erfindungsgemäß hergestellten Gusskern zwei Zylinderköpfe gleichzeitig in einer Werkzeugform herzustellen. Bereits hier wird ersichtlich, dass die Herstellungskapazität mit einer Werkzeugform in gleicher Zeitspanne damit verdoppelt bzw. im Wesentlichen verdoppelt wird.
Ebenfalls ist erkennbar, dass mit einem einzigen Gusskern und dementsprechend mit dem Herstellaufwand und der Herstellzeit eines einzigen Gusskerns ebenfalls die gleiche Verdopplung der Herstellung der Zylinderköpfe einhergehen kann.
Ein aufbauendes Verfahren ist im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere ein sogenanntes Rapid-Prototyping-Verfahren oder der sogenannte dreidimensionale Druck. Dabei wird in schichtweisem Aufbau die jeweils gewünschte geometrisch dreidimensionale Form des entsprechenden Kernbauteils aufgebaut. Dabei können erfindungsgemäß verschiedenste Verbindungsarten zwischen den einzelnen Schichten zur Verfügung gestellt werden. Bevorzugt ist es, wenn diese Verbindung zwischen den einzelnen Schichten ausreichend stark ist, um beim Einbringen der Schmelze den notwendigen Widerstand zu leisten. Gleichzeitig ist es notwendig, dass für das Entformen eine leichte Auflösung für das Material des Gusskerns gewährleistet werden kann, um abschließend den entsprechend hergestellten Zylinderkopf auch verwenden zu können. Selbstverständlich können die Kernbauteile und/oder das Anguss-Kernbauteil zumindest teilweise auch gemeinsam in einem einzigen Schritt erzeugt werden. So ist es denkbar, dass eines der Kernbauteile direkt mit den Funktionalitäten des Anguss- Kernbauteils ausgestattet wird. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass beide Kernbauteile teilweise das Anguss-Kernbauteil mit aufweisen, und dementsprechend in dem Zusammenfügen ein erfindungsgemäßer Gusskern hergestellt wird.
Unter dem Verbinden der beiden Kernbauteile mit dem Anguss-Kernbauteil in einer entgegengesetzten Ausrichtung ist zu verstehen, dass anschließend innerhalb der Werkzeugform die Herstellung der beiden Zylinderköpfe ebenfalls in konträrer entge- gengesetzter Ausrichtung erfolgt. Während bei bekannten Werkzeugformen üblicherweise die Zylinderköpfe mit ihren Brennräume nach unten in Richtung der Grundplatte ausgerichtet sind, kann nun durch einen erfindungsgemäßen Gusskern eine um 90° gedrehte Ausrichtung möglich werden. Dies führt dazu, dass die beiden Zylinderköpfe mit ihren Brennräumen auf die Richtung der seitlichen Schieber in der Werkzeugform ausgerichtet sind. Dabei ist die Ausrichtung der Brennräume der beiden Zylinderköpfe entgegengesetzt zueinander ausgerichtet. In einer seitlichen Ansicht bedeutet dies, dass einer der beiden Zylinderköpfe nach links und der andere der beiden Zylinderköpfe nach rechts ausgerichtet ist. Wie hier gut zu erkennen ist, müssen die aufwendigen Konturabbildungen nun nicht mehr in der Grundplatte, sondern vielmehr in den seitlichen Schiebern der Werkzeugform vorgesehen werden. Dies führt zu einer deutlichen Reduktion der thermischen Beeinflussung der Grundplatte während des Gießverfahrens. Neben einer längeren Standzeit für die Grundplatte kann damit auch der Aufwand hinsichtlich Zeit und Kosten für die Instandhaltung der Grundplatte bzw. deren Austausch deutlich reduziert werden. Neben den prozesstechnischen Vorteilen hinsichtlich Schonung der Grundplatte und höherer Kapazität der Anlage, kann durch ein erfindungsgemäßes Herstellen des Gusskerns auch eine höhere Gestaltungsfreiheit für die geometrische Ausbildung der Zylinderköpfe gewährleistet werden. So wird durch die seitliche Ausrichtung der beiden Kernbauteile eine entsprechende freie Gestaltung der Innenkonturen und damit auch der abgeschlossenen bzw. teilweise abgeschlossenen Volumina innerhalb des Zylinderkopfes mit höherer Gestaltungsfreiheit möglich. Nicht zuletzt ist ein großer Vorteil eines erfindungsgemäßen Gusskerns die Reduktion des Materialaufwandes für den Kern. Dadurch, dass der Anguss-Kern nun für zwei Zylinderköpfe Verwendung findet, wird ein zweites Anguss-Kernbauteil im Vergleich zu den bekannten Lösungen bei der Herstellung eines einzigen Zylinderkopfes vermieden. Mit anderen Worten wird das erfindungsgemäß eingesetzte Anguss-Kernbauteil für das Speisen der Werkzeugform für zwei Zylinderköpfe parallel verwendet. Dies führt zu einem reduzierten Materialaufwand seitens des Gusskerns. Da gleichzeitig auch weniger Anguss-Material notwendig wird, können auch hier Kosten, Zeit und vor allem Materialaufwand eingespart werden. Es kann von Vorteil sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren das An- guss-Kernbauteil ebenfalls durch ein aufbauendes Verfahren erzeugt wird. Unter dem aufbauenden Verfahren ist auch hier ein sogenannter dreidimensionaler Druck bzw. ein Rapid-Prototyping-Verfahren zu verstehen. Insbesondere wird dabei für das Anguss-Kernbauteil das gleiche Verfahren und/oder die gleiche aterialzusammen- setzung wie für wenigstens eines der beiden anderen Kernbauteile verwendet. Bevorzugt ist es selbstverständlich, wenn für alle Kernbauteile sowie für das Anguss- Kernbauteil das gleiche Material und das gleiche aufbauende Verfahren eingesetzt wird. Hierdurch kann eine deutliche Reduktion der Komplexität des gesamten Verfah- rens und damit auch dessen Kosten erreicht werden.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren lässt sich dahingehend weiterbilden, dass die Kernbauteile einen Verbindungsabschnitt, insbesondere einen Formschlussabschnitt, und das Anguss-Kernbauteil Gegen-Verbindungsabschnitte, insbesondere Gegen- Formschlussabschnitte, aufweisen. Auf diese Weise können die Kernbauteile über die Verbindungsabschnitte an den Gegen-Verbindungsabschnitten des Anguss- Kernbauteils befestigt werden. Bevorzugt ist es, wenn es sich hier um formschlüssige und kraftübertragende Lösungen handelt. Damit wird ein einfaches Ineinanderste- cken der Kernbauteile und des Anguss-Kernbauteils möglich. So kann beispielsweise die Verbindungsschnittstelle des Kernbauteils einen entsprechenden stiftförmigen Vorsprung aufweisen. Der zugehörige Gegen-Verbindungsabschnitt des Anguss- Kernbauteils weist eine entsprechende Vertiefung auf, so dass durch einfaches Einstecken des Kernbauteils in den zugehörigen Gegen-Verbindungsabschnitt des Anguss-Kernbauteils der Zusammenbau erfolgt. Dies ist insbesondere derart ausgebil- det, dass die Verbindungsabschnitte und die Gegen-Verbindungsabschnitte zueinander geometrisch eindeutig ausgerichtet sind. Darunter ist zu verstehen, dass eine eindeutige Ausrichtung des jeweiligen Kernbauteils nur an einer einzigen Stelle und an einer einzigen Ausrichtung am Gegen-Verbindungsabschnitt möglich ist. Damit wird das Risiko einer Fehlzusammensetzung und damit einer falschen Geometrie für die herzustellenden Zylinderköpfe mit hoher Wahrscheinlichkeit vermieden. Nicht zuletzt können die Verbindungsabschnitte und die Gegen-Verbindungsabschnitt neben der reinen formschlüssigen und/oder kraftschlüssigen Verbindung auch eine Zentrierhilfe bzw. eine Positionierhilfe darstellen. Auch dies führt dazu, die zu erzielenden Toleranzen mit höherer Wahrscheinlichkeit und vor allem mit höherer Sicherheit zu erreichen. Der gesamte Zusammenbau und die Positionierung wird damit nicht zur einfacher, sondern auch schneller möglich.
Ein weiterer Vorteil ist erzielbar, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren die Kernbauteile mit einer entgegengesetzten Ausrichtung von ca. 180° mit dem Anguss- Kernbauteil verbunden werden. Unter dieser Ausrichtung ist insbesondere ein Ausrichtungswinkel zu verstehen, welcher sich zwischen den beiden Hauptausrichtungen der beiden Zylinderköpfe bzw. der beiden zugehörigen Kernbauteile ausbildet. So kann beispielsweise die Extrusionsachse eines entsprechenden Brennraums des Zy- linderkopfes eine solche Ausrichtung darstellen. Es ist bevorzugt, wenn der Winkel zwischen der Achse des Brennraumes eines der beiden Zylinderköpfe und der Achse des Brennraums des weiteren Zylinderkopfes ca. 180° beträgt. Dies führt zu einer möglichst effizienten Ausnutzung des notwendigen Kavitätsraumes innerhalb einer Werkzeugform. Damit kann die zugehörige Werkzeugform kleiner, kompakter und materialsparender ausgebildet werden.
Ein weiterer Vorteil kann erzielt werden, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren das Anguss-Kernbauteil wenigstens einen Speiserabschnitt und insbesondere wenigstens einen Luftauslassabschnitt aufweist. Darunter ist zu verstehen, dass über dem Speiserabschnitt eine entsprechende Schmelzeeinbringung stattfinden kann. Auch hier ist gut ersichtlich, dass für zwei Zylinderköpfe nur ein einziger
Speiserabschnitt bzw. eine einzige Mehrzahl von Speiserabschnitten notwendig ist. Da die Schmelze auch im Speiserabschnitt erstarrt, führt dies zwangsläufig zu Ausschluss während dem Gussverfahren, welcher durch die Ausbildung und doppelte Nutzung hier für zwei Zylinderköpfe dementsprechend halbiert werden kann, im Vergleich zu bekannten Lösungen. Gleiches gilt dementsprechend auch für den Luftauslassabschnitt, welcher dazu dient, während des Einbringens der Schmelze, die sich in der Kavität befindliche Luft auszulassen. Auch hier kann eine entsprechende Materialeinsparung erzielt werden.
Vorteilhaft ist es weiter, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren für die Herstellung wenigstens eines der Kernbauteile ein anorganisches Material eingesetzt wird. Dies führt insbesondere zu Vorteilen bei der Herstellung des Gusskerns, wie auch später beim Entfernen oder Einsetzen des Gusskerns. Dies bezieht sich insbe- sondere auf möglicherweise entstehende Schadstoffe bzw. Geruchsstoffe, welche unangenehm oder sogar schädlich sein können. Das Verwenden von anorganischem Material ist dementsprechend bereits bei der Herstellung des Gusskerns zu bevorzugen.
Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Gusskern für die Fertigung von Zylinderköpfen, aufweisend wenigstens zwei Kernbauteile, erzeugt mit einem aufbauenden Verfahren mit einer Kontur für die Ausbildung von Innenkonturen von jeweils einem Zylinderkopf. Weiter weist dieser Gusskern ein Anguss-Kernbauteil für die Zufuhr der Schmelze während des Gießverfahrens auf. Dabei sind die Kernbauteile mit dem Anguss-Kernbauteil in entgegengesetzter Richtung verbunden. Bevorzugt ist ein Gusskern mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt. Damit bringt ein erfindungsgemäßer Gusskern die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Verfahren erläutert worden sind. Ins- besondere ist hinzuweisen auf die möglichen Verbindungsarten zwischen den Kernbauteilen und dem Anguss-Kernbauteil, wie sie ausführlich mit Bezug auf die Verbindungsabschnitte bzw. die Formschlussabschnitte und die zugehörigen Gegen- Verbindungsabschnitte erläutert worden sind. Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Gießverfahren für die Fertigung von wenigstens zwei Zylinderköpfen, aufweisend die folgenden Schritte:
- Zur Verfügung stellen eines Gusskerns mit den Merkmalen der vorliegenden Erfindung,
- Einsetzen des Gusskerns in eine Werkzeugform mit einer seitlichen Ausrichtung der beiden Kernbauteile für die Ausbildung von wenigstens zwei Zylinderköpfen,
- Schließen der Werkzeugform,
- Einbringen der Schmelze durch Speiserkanäle, ausgebildet durch das An- guss-Kernbauteil des Gusskerns.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren nutzt insbesondere einen Gusskern, welcher durch ein erfindungsgemäßes Verfahren hergestellt worden ist. Damit bringt ein erfindungsgemäßes Gießverfahren die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Verfahren sowie mit Bezug auf einen erfindungsgemäßen Gusskern erläutert worden sind.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen schematisch:
Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gusskerns und zugehöriger Zylinderköpfe,
Fig. 2 die Ausführungsform der Fig. 1 in anderer Perspektive,
Fig. 3 der aufbauende Verfahrensschritt für die Herstellung eines erfindungsgemäßen Gusskerns,
Fig. 4 der Schritt des Verbindens der Kernbauteile mit einem Anguss-
Kernbauteil,
Fig. 5 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gusskerns, und
Fig. 6 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gusskerns, eingesetzt in eine entsprechende Werkzeugform.
Die Fig. 1 und 2 zeigen schematisch, wie ein erfindungsgemäßer Gusskern 10 wirkt. Hier ist gut zu erkennen, wie über ein zentrales Anguss-Kernbauteil 40 links und rechts jeweils ein weiteres Kernbauteil 20 und 30 angeordnet ist. Die beiden seitlichen Kernbauteile 20 und 30 weisen dabei entsprechende Konturen auf, die für die Ausbildung des jeweiligen Zylinderkopfes 100 und der zugehörigen Innenkontur 110 dienen. Hier ist auch gut zu erkennen, wie über das zentrale Anguss-Kernbauteil und die entsprechenden Speiserabschnitte 46 und den Luftauslassabschnitt 48 diese Funktionen zentral und damit in doppelter Nutzung für beide Zylinderköpfe 100 zur Verfügung gestellt werden.
Fig. 3 zeigt schematisch einen ersten Schritt eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Hier wird in aufbauender Weise, zum Beispiel mithilfe eines Rapid-Prototyping- Verfahrens oder einem dreidimensionalen Druckverfahren, vorzugsweise anorganisches Material schichtweise aufgebaut. Bei dieser Ausführungsform werden zwei Kernbauteile 20 und 30 aufgebaut. Hier ist bereits gut zu erkennen, dass beide Kernbauteile 20 und 30 symmetrisch ausgebildet sind, da sie für die Ausführung glei- eher bzw. identischer Zylinderköpfe 100 eingesetzt werden. Auch ist bei dieser Darstellung gut die Ausbildung von stiftförmigen Fortsätzen für die Verbindungsabschnitte 22 und 32 zu erkennen. Die beiden Verbindungsabschnitte 22 und 32 sind hier als Formschlussabschnitte 24 und 34 ausgebildet. Fig. 4 zeigt den Zusammenbau der hergestellten Kernbauteile 20 und 30 und eines Anguss-Kernbauteils 40. Das Anguss-Kernbauteil 40 kann hier zum Beispiel ebenfalls in schichtweisem Aufbau erzeugt worden sein. Hier ist über die Pfeile gut dargestellt, wie durch ein einfaches seitliches Einschieben die beiden Kernbauteile 20 und 30 in entsprechende Gegen-Verbindungsabschnitte 42 eingeschoben werden. Somit kann über die Korrelation der Gegen-Verbindungsabschnitte 42 bzw. der Ausbildung als Gegen-Formschlussabschnitte 44 die Verbindung mit den Verbindungsabschnitten 22 und 32 gewährleistet werden. Im Ergebnis nach dem Zusammenbau sieht der fertiggestellte Gusskern 10 beispielsweise aus wie die Ausführungsform gemäß der Fig. 5.
Wird der Gusskern 10 der Ausführungsform der Fig. 5 nun in eine Werkzeugform 200 eingesetzt, so kann dies beispielsweise eine Ausbildung gemäß der Fig. 6 sein. Hier ist gut zu erkennen, dass eine Grundplatte 210 sowie seitliche Schieber 220 eine entsprechende Kavität zur Verfügung stellen, in welcher über dem Gusskern 10 freie Räume für die Ausbildung von freien Volumen in den Zylinderköpfen 100 freigehalten werden. Damit kann nun erfindungsgemäß der Gießvorgang durchgeführt werden, und zwei Zylinderköpfe 100 gleichzeitig in seitlicher 180° versetzter Ausrichtung links und rechts vom Anguss-Kernbauteil 40 ausgebildet werden. Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste
10 Gusskern
20 Kernbauteil
22 Verbindungsabschnitt
24 Formschlussabschnitt
30 Kernbauteil
32 Verbindungsabschnitt
34 Formschlussabschnitt
40 Anguss-Kernbauteil
42 Gegen-Verbindungsabschnitt
44 Gegen-Formschlussabschnitt
46 Speiserabschnitt
48 Luftauslassabschnitt
Zylinderkopf
Innenkontur
Werkzeugform
Grundplatte
Schieber

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren für die Herstellung eines Gusskerns (10) für die Fertigung von Zylinderköpfen (100), aufweisend die folgenden Schritte:
- Erzeugen wenigstens eines Kernbauteils (20) mit einem aufbauenden Verfahren mit einer Kontur für die Ausbildung von Innenkonturen (110) eines ersten Zylinderkopfes (100),
- Erzeugen wenigstens eines weiteren Kernbauteils (30) mit einem aufbauenden Verfahren mit einer Kontur für die Ausbildung von Innenkonturen (110) eines weiteren Zylinderkopfes (100),
- Erzeugen wenigstens eines Anguss-Kernbauteils (40) für die Zufuhr der Schmelze während des Gießverfahrens,
- Verbinden der beiden Kernbauteile (20, 30) mit dem Anguss- Kernbauteil (40) in einer entgegengesetzten Ausrichtung.
2. Verfahren nach Anspruch , dadurch gekennzeichnet, dass das Anguss- Kernbauteil (40) ebenfalls durch ein aufbauendes Verfahren erzeugt wird.
3. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernbauteile (20, 30) einen Verbindungsabschnitt (22, 32), insbesondere einen Formschlussabschnitt (24, 34), und das Anguss- Kernbauteil (40) Gegen-Verbindungsabschnitte (42), insbesondere Gegen- Formschlussabschnitte (44), aufweisen, so dass die Kernbauteile (20, 30) über die Verbindungsabschnitte (22, 34) an den Gegen- Verbindungsabschnitten (42) des Anguss-Kernbauteils (40) befestigt werden.
4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernbauteile (20, 30) mit einer entgegengesetzten Ausrichtung von ca. 180° mit dem Anguss-Kernbauteil (40) verbunden werden.
5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anguss-Kernbauteil (40) wenigstens einen
Speiserabschnitt (46) und insbesondere wenigstens einen Luftauslassabschnitt (48) aufweist.
6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Herstellung wenigstens eines der Kernbauteile (20, 30) ein anorganisches Material eingesetzt wird.
7. Gusskern (10) für die Fertigung von Zylinderköpfen (100), aufweisend wenigstens zwei Kernbauteile (20, 30) erzeugt mit einem aufbauenden Verfahren mit einer Kontur für die Ausbildung von Innenkonturen (1 10) von jeweils einem Zylinderkopf (100) und ein Anguss-Kernbauteil (40) für die Zufuhr der Schmelze während des Gießverfahrens, wobei die Kernbauteile (20, 30) mit dem Anguss-Kernbauteil (40) in entgegengesetzter Ausrichtung verbunden sind.
8. Gusskern (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass dieser mittels eines Verfahrens mit den Merkmalen eines der Ansprüche 1 bis 6 hergestellt ist.
9. Gießverfahren für die Fertigung von wenigstens zwei Zylinderköpfen (100), aufweisend die folgenden Schritte:
- Zur Verfügung stellen eines Gusskerns (10) mit den Merkmalen eines der Ansprüche 7 oder 8,
- Einsetzten des Gusskerns (10) in eine Werkzeugform (200) mit einer seitlichen Ausrichtung der beiden Kernbauteile (20, 30) für die Ausbildung von wenigstens zwei Zylinderköpfen (100),
- Schließen der Werkzeugform (200),
- Einbringen der Schmelze durch Speiserkanäle, ausgebildet durch das Anguss-Kernbauteil (40) des Gusskerns (10).
10. Gießverfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der
Gusskern (10) durch ein Verfahren mit den Merkmalen eines der Ansprüche 1 bis 6 hergestellt ist.
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