WO2008138508A1 - Verfahren zur herstellung eines zylinderkurbelgehäuses - Google Patents

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WO2008138508A1
WO2008138508A1 PCT/EP2008/003599 EP2008003599W WO2008138508A1 WO 2008138508 A1 WO2008138508 A1 WO 2008138508A1 EP 2008003599 W EP2008003599 W EP 2008003599W WO 2008138508 A1 WO2008138508 A1 WO 2008138508A1
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cylinder
cylinder liner
casting
crankcase
salt cores
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PCT/EP2008/003599
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Erik Graf
Guido Soell
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Daimler AG
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    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D19/00—Casting in, on, or around objects which form part of the product
    • B22D19/0009—Cylinders, pistons
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/10—Cores; Manufacture or installation of cores
    • B22C9/105—Salt cores
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D17/00—Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a cylinder crankcase according to claim 1 and a cylinder crankcase according to claim 6.
  • Cylinder crankcases in modern internal combustion engines are exposed to high mechanical and thermal loads. Due to the mechanical loads, a wear-resistant material is usually provided for light-alloy motors for the cylinder liners than for the remaining crankcase.
  • cylinder liners are made of gray cast iron, heat-resistant Al alloys such as hypereutectic Al / Si alloys or fiber-reinforced Al alloys and are cast in cylinder crankcases from inexpensive hypoeutectic Al alloys or Mg alloys.
  • concepts with cylinder crankcases made of plastics are also being pursued. For cooling runs around a cylinder liner usually a water jacket, which is used for cooling, in particular the cylinder bore.
  • This water jacket is often open on the cylinder head side in the case of crankcases which are produced in a pressure casting process, so that an open-deck construction is created.
  • the water jacket open on the cylinder head side therefore results in the metallic die casting tool movable valves are used, which map the water jacket in the crankcase after casting.
  • the slides must be pulled out before opening the crankcase, which is why no undercuts may prevent it from being pulled out. Therefore, no enclosed spaces can be represented with this technique.
  • the open water jacket leads to a limitation of the mechanical load capacity of the motors. Better are therefore closed deck constructions that have an at least partially closed water jacket. Casting are such closed deck crankcase very difficult to represent.
  • Cylinder crankcases are described in closed deck construction in DE 102 21 674 B4 and in DE 102 33 359 Al.
  • a cylinder liner is first pre-cast. Due to the partially closed design of the cylinder liner, this must be made by sand or chill casting and not by die casting. The encapsulation of the precast cylinder liner is done by die casting.
  • the die casting method is the more economical method in mass production compared to sand casting or chill casting and should therefore also be applicable to the production of the cylinder liner.
  • Object of the present invention is to provide a cylinder crankcase in closed-deck construction, which is distinguished from the prior art by lower manufacturing costs and improved casting quality.
  • This object is achieved by a method for producing a light metal or plastic cylinder crankcase (2) of an internal combustion engine in a closed deck - construction, with the steps
  • a cylinder liner is produced in a die casting process and in another die casting tool is inserted, with an outer housing then being cast around the cylinder liner. It is essential that the cylinder liner before the sprue in the crankcase no longer has larger cavities, since these are inventively filled with salt cores.
  • the salt cores support in particular the water jacket effectively against the casting pressure. In addition, the salt cores prevent unwanted penetration of molten casting into the cavities at improperly sealed
  • the salt core remains during die casting of the cylinder crankcase in the cylinder liner, which improves the stability of the cylinder liner during the overcasting - in which high pressures occur - and increases process reliability.
  • significantly thinner-walled channel structures of a water jacket can be realized in this way.
  • Another significant advantage of the invention over the prior art is that in large series engines, the representation of the cylinder liner in die casting is cheaper than a non-pressurized casting process. In comparison to sand cast cylinder liners, the surface quality is also significantly improved. In particular, no disturbing buildup and caking of the casting surface with the sand of the sand molds are formed.
  • Cylinder liners are here understood to mean the semifinished product for insertion into a further casting tool.
  • the cylinder liner represents the area of the cylinder bore and in this case comprises a plurality of cylinder bores arranged next to each other. with cylinder liners and a water jacket, as well as the webs between the cylinder bores.
  • Another particular advantage of the method according to the invention is that the salt core can be dissolved out easily and without residues both after the first and after the second casting process. Only this makes it possible to realize almost closed cavities in the cylinder liner, as required in particular for closed deck constructions for the water jacket. For the dissolution of the salt core, the media connections of the coolant of the water jacket are sufficient.
  • the salt cores are typically alkali chlorides, in particular NaCl and / or KCl, alone or in a mixture.
  • solution aids or reinforcing additives are also included.
  • Dissolution aids can be, for example, substances which are gassing with the aqueous solvent, for example Ca carbonate with acidic aqueous solutions.
  • Reinforcement additives may be mineral short fibers, for example.
  • solvent acidic aqueous solutions to assist by etching the aluminum surfaces, the complete removal of the salt core, or the casting skin.
  • hydrochloric, acetic or citric acid solutions are particularly favorable.
  • FIG. 1 shows a schematic perspective view of a salt core for insertion into a diecasting tool and for illustrating a cylinder liner
  • FIG. 3 shows a schematic perspective view of a cylinder crankcase with a cast-around cylinder liner according to FIG. 2.
  • the method for producing a cylinder crankcase is based on the following method steps:
  • a salt core 6, which is shown in a schematic perspective view in FIG. 1, is inserted into a first die casting tool (not shown here).
  • This first die casting tool is used to produce a cylinder liner 4, which is shown in FIG. 2 in a schematic perspective view.
  • the cylinder liner 4 with the salt core 6 is then inserted into a second, likewise not shown die casting tool, which serves to represent a cylinder crankcase 2 shown in a schematic perspective view in FIG. 3.
  • the cylinder liner 4 is surrounded by the casting metal and surrounded in the final state by an outer housing 10 of the cylinder crankcase 4.
  • the core 6 of Fig. 1 is a high strength inorganic material salt core including appropriate binder and curing agent prepared by a conventional core manufacturing process such as core shooting or pressing. This core 6 is soluble in water or in another liquid.
  • the core 6 is configured in the example according to FIG. 1 such that it depicts a water jacket 8 of a 4-cylinder crankcase 2.
  • this has an annular lateral surfaces 11 which form in the finished cylinder crankcase 2 cavities for the water jacket 8, which lays around the individual ZyIindermaschinesen.
  • the lateral surfaces 11 are connected centrally through channels 14.
  • the channels 14 are particularly thin and delicate structures that are difficult to represent in die casting.
  • the salt core 6 still has crenellated elevations 12, which form passage openings 16 in the finished component (see FIG. 3). Through these passage openings 16, cooling water can flow from the cylinder crankcase 2 into a cylinder head, not shown.
  • the core 6 also comprises a water inlet 15.
  • the first casting tool for producing the cylinder liner 4 is designed so that the core 6 can be inserted into this and is supported on the tool walls.
  • the tool is structurally designed in such a way that, when the cast metal flows in, there is no particular bending moment. Tips on the core 6 occur.
  • the core 6 remains undamaged during die casting of the cylinder liner 4 and is removed from the mold with the cast cylinder liner 4. This resulting semi-finished product is shown in Fig. 2.
  • the cylinder liner 4 is inserted with the enclosed and encapsulated core 6 in the second die casting and in turn encapsulated with cast metal.
  • the fact that the core 6 is still contained in the cylinder liner 4 in the second casting process results in the cylinder liner 4 being able to withstand higher pressures during die casting, which in turn makes it possible to produce thinner-walled and filigree structures. Such fine channel structures are more difficult to realize with cylinder liners produced in the sand casting process.
  • leaving the core 6 in the cylinder liner 4 prevents melt from entering the water jacket 8 and clogging it.
  • the core 6 is dissolved out in a water bath or under high water pressure. This results in the cylinder crankcase 2, which is shown in Fig. 3.
  • the cylinder crankcase 2 comprises the outer housing 10 and the cylinder liner 4.
  • the cylinder liner 4 is traversed by voids corresponding to the geometry of the core 4 and forming the water jacket 8 for conveying the cooling water during engine operation.
  • This water jacket 8 can not be seen in detail in the illustration of FIG. Only the Naturalgangs ⁇ réelleen 16 to the cylinder head, which are due to the zinnenf ⁇ rmigen elevations 12 of the core 6, are shown in Fig. 3.
  • Cylinder crankcase 2 in contrast to conventional cylinder crankcases in open deck construction in which the entire water jacket is open at the top, only the through holes 16 are present as openings.
  • the outer housing 10 which is not exposed to the same high mechanical and thermal stresses as the cylinder liner 4, can be represented by a less expensive aluminum alloy, magnesium alloy or by plastic.
  • plastics preference is given to glass or carbon-fiber reinforced plastics, in which case instead of a typical casting process, a BMC process or an RTM process is used.
  • the cylinder liner 4 may also include vertical through holes, which may optionally be represented by the core 6. Such through-holes may later contain threads for attachment to other component components or they may extend as through bores from the cylinder head through the cylinder crankcase 2 and serve for fastening tie rods.
  • a further embodiment of the salt cores (6) for the water jacket provides surface structures in the form of grooves or recesses. As a result, surface structures are deliberately formed on the insides of the water jacket. These can improve the
  • the surface structures are designed in particular for forced mixing or turbulence formation of the cooling water flowing through.
  • the cavitation triggered by local overheating of the coolant which can lead to damage to the water jacket, is reduced.
  • the residue-free removal of the G confusekern- material within the inaccessible cavities of the water jacket is almost impossible for conventional sand cores, in contrast to the invention used according to salt cores.
  • a further embodiment provides that the salt cores of the water jacket have transverse channels or passages.
  • the salt cores of the water jacket have transverse channels or passages.
  • Another aspect of the invention is a cylinder liner made of a heat-resistant Al alloy for pouring into crankcase in closed deck construction, wherein the cylinder liner (4) at least in the spaces of the water jacket contains salt cores (6).
  • Such a cylinder liner is particularly well suited for die casting due to its stability.
  • the cylinder liner already contains the cavities filled with salt cores and pipes, which are required for subsequent attachment to the cylinder head or bearing block.
  • a preferred embodiment provides that only cylinder head side pipes are arranged for mounting screws. The attachment on the side of the bearing block takes place with the encapsulation material of the crankcase.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Mold Materials And Core Materials (AREA)

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Leichtmetall-, oder Kunststoff-Zylinderkurbelgehäuses (2) einer Brennkraftmaschine in einer closed deck - Bauweise, umfassend die Schritte - Gießen eines Zylinderliners (4) unter Verwendung von Salzkernen (6), die zumindest den Hohlräumen der Wassermäntel entsprechen, - Umgießen des vorgegossenen Zylinderliners im Druckgießverfahren mit einer Leichtmetallschmelze zur Darstellung des Zylinderkurbelgehäuses (2) in closed deck-Bauweise, wobei der Zylinderliner (4) beim Umgießen zumindest in den Wassermänteln noch die Salzkerne (6) enthält.

Description

Verfahren zur Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses nach Anspruch 1 sowie ein Zylinderkurbelgehäuse nach Anspruch 6.
Zylinderkurbelgehäuse in modernen Verbrennungsmotoren sind hohen mechanischen und thermischen Belastungen ausgesetzt. Aufgrund der mechanischen Belastungen ist bei Leichtmetallmotoren für die Zylinderlaufbahnen in der Regel ein verschleißfesterer Werkstoff vorgesehen als für das restliche Kurbelgehäuse. Es sind Konzepte bekannt, bei denen Zylinderliner aus Grauguss, warmfesten Al-Legierungen, wie beispielsweise übereutektisehen Al/Si-Legierungen oder faserverstärkten Al-Legierungen bestehen und in Zylinderkurbelgehäuse aus kostengünstigen untereutektisehen Al-Legierungen oder Mg-Legierungen eingegossen sind. Neuerdings werden auch Konzepte mit Zylinderkurbelgehäusen aus Kunststoffen verfolgt . Zur Kühlung verläuft um eine Zylinderlaufbuchse in der Regel ein Wassermantel, der zur Kühlung, insbesondere der Zylinderlaufbahn, dient. Dieser Wassermantel ist bei Kurbelgehäusen, die in einem Druckgießverfahren hergestellt werden, häufig zylinderkopfseitig offen, so dass eine open deck-Bauweise entsteht. Der zylinderkopfseitig offene Wassermantel resultiert daher, dass im metallischen Druckgießwerkzeug bewegliche Schieber eingesetzt werden, die nach dem Gießen den Wassermantel im Kurbelgehäuse abbilden. Die Schieber müssen vor dem Öffnen des Kurbelgehäuses herausgezogen werden, weshalb keine Hinterschneidungen dem Herausziehen entgegenstehen dürfen. Deshalb können mit dieser Technik auch keine geschlossenen Räume dargestellt werden.
Der offene Wassermantel führt zu einer Begrenzung der mechanischen Belastbarkeit der Motoren. Besser sind daher closed deck-Bauweisen, die einen zumindest teilweise geschlossenen Wassermantel aufweisen. Gießtechnisch sind derartige closed deck Kurbelgehäuse nur sehr schwierig darstellbar.
In der DE 102 21 674 B4 und in der DE 102 33 359 Al werden Zylinderkurbelgehäuse in closed deck Bauweise beschrieben. Hierbei wird zunächst ein Zylinderliner vorgegossen. Aufgrund der teilweise geschlossenen Konstruktionsweise des Zylinderliners, muss dieser durch Sand- oder Kokillenguss und nicht durch Druckguss hergestellt werden. Der Umguss des vorgegossenen Zylinderliners erfolgt darauf mittels Druckguss .
Das Druckgießverfahren stellt in der Massenfertigung gegenüber dem Sand- oder Kokillenguss, das wirtschaftlichere Verfahren dar und sollte daher auch auf die Herstellung des Zylinderliners anwendbar sein.
Beim Eingießen des Zylinderliners im Druckgussverfahren tritt das Problem auf, dass die im Zylinderliner angeordneten Hohlräume der Wassermäntel eine mechanische Schwächung des Zylinderliners in der Weise darstellen, dass die Außenwand der Wassermäntel durch die Gießschmelze eingedrückt werden kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Zylinderkurbelgehäuse in closed-deck-Bauweise bereitzustellen, das sich gegenüber dem Stand der Technik durch geringere Herstellungskosten und verbesserte Gussqualität auszeichnet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Herstellung eines Leichtmetall- oder Kunststoff- Zylinderkurbelgehäuses (2) einer Brennkraftmaschine in einer closed deck - Bauweise, mit den Schritten
- Gießen eines Zylinderliners (4) unter Verwendung von Salzkernen die zumindest den Hohlräumen der Wassermäntel entsprechen,
- Umgießen des vorgegossenen Zylinderliners im Druckgießverfahren mit einer Leichtmetallschmelze zur Darstellung des
Zylinderkurbelgehäuses (2) in closed deck-Bauweise, mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch ein Zylinderkurbelgehäuse in closed deck-Bauweise mit den Merkmalen des Anspruchs 9, sowie Zylinderlinern aus einer warmfesten Al -Legierung zum Eingießen in Kurbelgehäuse in closed deck-Bauweise gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nichttrivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben.
Nach dem Verfahren nach Anspruch 1 zur Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses in closed deck-Bauweise wird ein Zylinderliner in einem Druckgießprozess hergestellt und in ein weiteres Druckgießwerkzeug eingelegt, wobei anschließend ein äußeres Gehäuse um den Zylinderliner herum gegossen wird. Wesentlich ist dabei, dass der Zylinderliner vor dem Einguss in das Kurbelgehäuse keine größeren Hohlräume mehr aufweist, da diese erfindungsgemäß mit Salzkernen ausgefüllt sind. Die Salzkerne stützen insbesondere den Wassermantel wirkungsvoll gegen den Gießdruck ab. Darüber hinaus verhindern die Salzkerne ein unerwünschtes Eindringen von Gießschmelze in die Hohlräume an fehlerhaft abgedichteten
Gießformkontaktflächen. Der Salzkern verbleibt währen des Druckgießens des Zylinderkurbelgehäuses im Zylinderliner, was die Stabilität des Zylinderliners während des Umgießens - bei dem hohe Drücke auftreten - verbessert und die Prozesssicherheit erhöht. Zudem sind auf diese Weise deutlich dünnwandigere Kanalstrukturen eines Wassermantels zu realisieren.
Ein weiterer erheblicher Vorteil der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik besteht darin, dass bei Großserienmotoren die Darstellung des Zylinderliners im Druckgießverfahren kostengünstiger ist als ein druckloses Gießverfahren. Im Vergleich zu sandgegossenen Zylinderlinern ist auch die Oberflächengüte deutlich verbessert. Insbesondere bilden sich keine störenden Anhaftungen und Verbackungen der Gussoberfläche mit dem Sand der Sandformen.
Unter Zylinderlinern wird hierbei das Halbzeug zum Einsetzen in ein weiteres Gießwerkzeug verstanden. Der Zylinderliner stellt den Bereich der Zylinderbohrung dar und umfasst hierbei mehrere aneinander gereihte Zylinderbohrungen ggf. mit Zylinderlaufbuchsen und einen Wassermantel, sowie die Stege zwischen den Zylinderbohrungen.
Ein weiterer besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass der Salzkern sowohl nach dem ersten wie auch nach dem zweiten Gießprozess einfach und rückstandsfrei herauslösbar ist. Erst hierdurch wird es möglich, nahezu geschlossene Hohlräume im Zylinderliner zu realisieren, wie insbesondere für closed deck-Bauweisen für den Wassermantel erforderlich. Für das Auflösen des Salzkerns sind die Medienanschlüsse der Kühlflüssigkeit des Wassermantels ausreichend.
Bei den Salzkernen handelt es sich typischerweise um Alkalichloride, insbesondere NaCl und/oder KCl, alleine oder in Mischung. In vorteilhafter Ausgestaltung sind zudem Lösungshilfsmittel oder Verstärkungsadditive enthalten. Lösungshilfsmittel können beispielsweise mit dem wässrigen Lösungsmittel gasende Substanzen sein, wie beispielsweise Ca- Carbonat mit sauren wässrigen Lösungen. Verstärkungsadditive können beispielsweise mineralische Kurzfasern sein.
Es kann zweckmäßig sein, als Lösungsmittel saure wässrige Lösungen zu verwenden, um durch Anätzen der Aluminium- Oberflächen die vollständige Entfernung des Salzkerns, bzw. der Gusshaut unterstützen. Hier sind beispielsweise salzsaure, essigsaure oder citronensaure Lösungen besonders günstig.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:
Fig. 1 eine schematische Perspektivansicht eines Salzkerns zur Einlage in ein Druckgießwerkzeug und zur Darstellung eines Zylinderliners;
Fig.2 eine schematische Perspektivansicht auf einen im
Druckgießverfahren gegossenen Zylinderliner mit einem umgossenen Salzkern; und in
Fig.3 eine schematische Perspektivansicht auf ein Zylinderkurbelgehäuse mit einem umgossenen Zylinderliner gemäß Fig. 2.
Das Verfahren zur Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses basiert auf folgenden Verfahrensschritten:
Zunächst wird ein in Fig. 1 in einer schematischen Perspektivansicht gezeigter Salzkern 6 in ein hier nicht dargestelltes erstes Druckgießwerkzeug eingelegt. Dieses erste Druckgießwerkzeug dient zur Herstellung eines Zylinderliners 4, welcher in Fig. 2 in einer schematischen Perspektivansicht gezeigt ist. Der Zylinderliner 4 mit dem Salzkern 6 wird anschließend in ein zweites, ebenfalls nicht dargestelltes Druckgießwerkzeug eingelegt, das zur Darstellung eines in Fig. 3 in einer schematischen Perspektivansicht gezeigten Zylinderkurbelgehäuses 2 dient. Hierbei wird der Zylinderliner 4 von dem Gießmetall umgössen und im endgültigen Zustand von einem äußeren Gehäuse 10 des Zylinderkurbelgehäuses 4 umgeben. Im Weiteren soll nun auf die einzelnen Verfahrensschritte und Halbzeuge näher eingegangen werden:
Der Kern 6 gemäß Fig. 1 ist ein hochfester Salzkern aus einem anorganischen Material inklusive entsprechender Bindemittel und Härtungsmittel, der durch ein herkömmliches Kernherstellungsverfahren wie Kernschießen oder Pressen hergestellt wird. Dieser Kern 6 ist in Wasser oder in einer anderen Flüssigkeit löslich.
Der Kern 6 ist in dem Beispiel nach Fig. 1 so ausgestaltet, dass er einen Wassermantel 8 eines 4-Zylinder-Kurbelgehäuses 2 abbildet . Hierbei weist dieser eine ringförmige Mantelflächen 11 auf, die im fertigen Zylinderkurbelgehäuse 2 Hohlräume für den Wassermantel 8, der sich um die einzelnen ZyIinderlaufbuchsen legt, bilden. Die Mantelflächen 11 sind mittig durch Kanäle 14 verbunden. Bei den Kanälen 14 handelt es sich um besonders dünne und empfindliche Strukturen, die im Druckgießverfahren schwer darstellbar sind. Ferner weist der Salzkern 6 noch zinnenfόrmige Erhebungen 12 auf, die im fertigen Bauteil Durchgangsöffnungen 16 bilden (siehe Fig. 3) . Durch diese Durchgangsöffnungen 16 kann Kühlwasser vom Zylinderkurbelgehäuse 2 in einen nicht dargestellten Zylinderkopf fließen. Ferner umfasst der Kern 6 noch einen Wasserzulauf 15.
Das erste Gießwerkzeug zu Herstellung des Zylinderliners 4 ist so ausgestaltet, dass der Kern 6 in dieses eingelegt werden kann und an den Werkzeugwänden abgestützt wird. Hierbei ist das Werkzeug konstruktiv derart ausgelegt, dass beim Einströmen des Gießmetalls keine besonderen Biegemoment- Spitzen am Kern 6 auftreten. Der Kern 6 bleibt beim Druckgießen des Zylinderliners 4 unbeschädigt und wird mit dem gegossenen Zylinderliner 4 entformt . Dieses so entstandene Halbzeug ist in Fig. 2 dargestellt.
Im nächsten Verfahrensschritt wird der Zylinderliner 4 mit dem eingeschlossenen und umgossenen Kern 6 in das zweite Druckgießwerkzeug eingelegt und wiederum mit Gießmetall umgössen. Die Tatsache, dass der Kern 6 im zweiten Gießverfahren noch im Zylinderliner 4 enthalten ist, führt dazu, dass der Zylinderliner 4 höheren Drücken beim Druckgießen standhält, wodurch wiederum dünnwandigere und filigranere Strukturen darstellbar sind. Derartig feine Kanalstrukturen sind mit Zylinderlinern, die im Sandgussverfahren hergestellt werden, schwerer zu realisieren. Ferner wird durch das Belassen des Kernes 6 im Zylinderliner 4 verhindert, dass Schmelze in den Wassermantel 8 eintritt und diesen verstopft.
Nach dem Entformen dieses Bauteils wird der Kern 6 in einem Wasserbad oder unter hohem Wasserdruck herausgelöst . Hierbei entsteht das Zylinderkurbelgehäuse 2, das in Fig. 3 dargestellt ist. Das Zylinderkurbelgehäuse 2 umfasst das äußere Gehäuse 10 und den Zylinderliner 4. Der Zylinderliner 4 wird von Hohlräumen durchzogen, die der Geometrie des Kerns 4 entsprechen und den Wassermantel 8 zu Beförderung des Kühlwassers während des Motorbetriebes bilden. Dieser Wassermantel 8 ist in der Darstellung nach Fig. 3 nicht näher zu erkennen. Lediglich die Durchgangsδffnungen 16 zum Zylinderkopf, die auf die zinnenfδrmigen Erhebungen 12 des Kerns 6 zurückzuführen sind, sind in Fig. 3 abgebildet. Unter Stegen 18, die einzelne Zylinderbohrungen 20 von einander trennen, sind sehr dünne Wasserkanäle geführt, die aus den Kanälen 14 des Kerns 6 resultieren und die eine direkt Kühlung der Stege 18 ermöglichen. Eine derartige Kühlung muss bei herkömmlichen Zylinderkurbelgehäusen durch eine aufwendige nachträgliche Kühlbohrung realisiert werden.
In Fig. 3 ist auch gut zu erkennen, dass es sich bei dem hergestellten Zylinderkurbelgehäuse um eine „closed deck" - Konstruktion handelt. Im oberen Bereich des
Zylinderkurbelgehäuses 2 sind im Gegensatz zu herkömmlichen Zylinderkurbelgehäusen in open deck - Konstruktion, bei denen der gesamte Wassermantel nach oben offen ist, lediglich die Durchgangsöffnungen 16 als Öffnungen vorhanden.
Eine derartige „closed deckw - Konstruktion lässt sich aufgrund der benötigten Schieber im herkömmlichen Druckgießverfahren nicht realisieren. Durch die im Stand der Technik beschriebenen Zylinderliner, die im Sandgussverfahren hergestellt werden, sind derartige Verfahren sehr teuer. Durch den Einsatz des hochfesten Salzkerns 6 können auch im Druckgießverfahren sehr dünne Stege - wie die Kanäle 14 - dargestellt werden. Die Festigkeit, die mechanische Belastbarkeit und die Temperaturbeständigkeit des Zylinderkurbelgehäuses 2 hebt sich bei geringern Herstellungskosten deutlich vom Stand der Technik ab.
Ein weiterer Vorteil des beschriebenen Verfahrens besteht darin, dass für den Zylinderliner 4 ein anderer Werkstoff verwendet werden kann als für das äußere Gehäuse 10. So ist es möglich, für den Zylinderliner 4 eine hochfeste, bzw. warmfeste, auch übereutektische Aluminiumlegierung zu verwenden, durch deren Einsatz gegebenenfalls auch auf den weiteren Einsatz einer hier nicht näher beschriebenen separaten ZyIinderlaufbuchse verzichtet werden kann. Dies würde einen weiteren Kostenvorteil darstellen.
Das äußere Gehäuse 10, das nicht den selben hohen mechanischen und thermischen Belastungen ausgesetzt ist wie der Zylinderliner 4, kann durch eine kostengünstigere Aluminiumlegierung, Magnesiumlegierung oder auch durch Kunststoff dargestellt werden. Unter den Kunststoffen sind Glas- oder Kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe bevorzugt, wobei hier anstelle eines typischen Gießprozesses ein BMC- Prozess oder ein RTM-Prozess zum Einsatz kommt.
Unter Betrachtung der Möglichkeit, Zylinderliner 4 und äußeres Gehäuse 10 aus unterschiedlichen Legierungen darzustellen, ist es zudem zweckmäßig zur Reduktion des Bauteilgewichtes das äußere Gehäuse 10 aus einer sehr leichten aber nicht so temperaturbeständigen Magnesiumlegierung oder Kunststoff herzustellen. So wird das Gewicht des Zylinderkurbelgehäuses 2 noch einmal deutlich reduziert .
Der Zylinderliner 4 kann auch senkrechte Durchgangsbohrungen enthalten, die gegebenenfalls auch durch den Kern 6 dargestellt werden können. Derartige Durchgangsbohrungen können später Gewinde zur Befestigung an anderen Bauteilkomponenten enthalten oder sie können als durchgehende Bohrungen vom Zylinderkopf durch das Zylinderkurbelgehäuse 2 verlaufen und zur Befestigung von Zugankern dienen. Eine weitere Ausgestaltung der Salzkerne (6) für den Wassermantel sieht Oberflächenstrukturen in Form von Nuten oder Ausnehmungen vor. Hierdurch werden gezielt Oberflächestrukturen auf den Innenseiten des Wassermantels gebildet. Diese können zur Verbesserung des
Kühlmitteldurchflusses dienen. Die Oberflächenstrukturen sind insbesondere zur Zwangsdurchmischung bzw. Turbulenzbildung des durchströmenden Kühlwassers ausgelegt. Hierdurch wird die durch lokale Überhitzung des Kühlmittels ausgelöste Kavitation, die zu einer Schädigung des Wassermantels führen kann, verringert. Das rückstandslose Entfernen des Gießkern- Materials innerhalb der unzugänglichen Hohlräume des Wassermantels ist für konventionelle Sandkerne nahezu unmöglich, im Gegensatz zu den erfindungsgemäß angewendeten Salzkernen.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die Salzkerne des Wassermantels quer verlaufende Kanäle oder Durchtritte aufweisen. Hierdurch werden beim Gießen des Zylinderliners Stege gebildet, die beide Innenwandungen des Wassermantels gegeneinander abstützen. Diese Querkanäle des Salzkerns, die nach dem Gießen des Zylinderliners Stützstegen im Wassermantel bilden sind durch herkömmliche
Herstellungsverfahren kaum darstellbar. Sie tragen zu einer Verbesserung der Stabilität des Liners und auch einer verbesserten Durchmischung der Kühlflüssigkeit bei.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Zylinderliner aus einer warmfesten AI-Legierung zum Eingießen in Kurbelgehäuse in closed deck-Bauweise, wobei der Zylinderliner (4) zumindest in den Räumen des Wassermantels Salzkerne (6) enthält. Ein derartiger Zylinderliner ist aufgrund seiner Stabilität insbesondere gut für den Druckguss geeignet.
Bevorzugt enthält der Zylinderliner bereits die mit Salzkernen gefüllten Ausnehmungen und Pfeifen, welche für die spätere Befestigung am Zylinderkopf oder Lagerstuhl erforderlich sind.
Eine bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass nur zylinder- kopfseitig Pfeifen für Befestigungsschrauben angeordnet sind. Die Befestigung auf der Seite des Lagerstuhls erfolgt mit dem Umgussmaterial des Kurbelgehäuses.
Bezugszeichenliste
2 Zylinderkurbelgehäuse
4 Zylinderliner
6 Salzkern
8 Wassermantel
10 äußere Gehäuse
11 ringförmige Mantelflächen
12 zinnenförmige Erhebungen
14 Kanäle
15 Wasserzulauf
16 Durchgangsöffnungen
18 Stege
20 Zylinderbohrungen

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Leichtmetall- oder Kunststoff-Zylinderkurbelgehäuses (2) einer Brennkraftmaschine in einer closed deck - Bauweise, umfassend die Schritte
- Gießen eines Zylinderliners (4) unter Verwendung von Salzkernen (6), die zumindest den Hohlräumen der Wassermäntel entsprechen,
- Umgießen des vorgegossenen Zylinderliners im Druckgießverfahren mit einer Leichtmetallschmelze zur Darstellung des Zylinderkurbelgehäuses (2) in closed deck- Bauweise, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderliner (4) beim Umgießen zumindest in den Wassermänteln noch die Salzkerne (6) enthält.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung des Zylinderliners (4) ein Druckgießverfahren verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Salzkern (6) für den Wassermantel einstückig ausgebildet wird.
4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderliner vor dem Umgießen weitere Salzkerne (6) enthält, die Pfeifen für Befestigungsschrauben oder Zuganker entsprechen.
5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Salzkerne (6) Querkanäle aufweisen, die nach dem Gießen des Zylinderliners Stützstegen im Wassermantel entsprechen.
6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Salzkerne (6) für den Wassermantel, Oberflächenstrukturen in Form von Nuten oder Ausnehmungen aufweisen.
7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass alle Salzkerne (6) während des Gießens des Zylinderkurbelgehäuses (2) im Zylinderliner (4) verbleiben.
8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Salzkerne (6) nach dem Druckgießen des Zylinderkurbelgehäuses (2) durch saure wässrige Lösungen aus diesem herausgelöst werden.
9. Zylinderkurbelgehäuse in closed deck - Bauweise, hergestellt durch ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ein im Druckgussverfahren hergestelltes äußere Gehäuse (10) aufweist, in das ein innerer, ebenfalls im Druckgießverfahren hergestellter Zylinderliner (4) eingegossen ist, der mindestens einen integrierten Wassermantel (8) umfasst.
10. Zylinderliner aus einer warmfesten Al -Legierung zum Eingießen in Kurbelgehäuse aus Leichtmetall- oder Kunststoff in closed deck-Bauweise, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderliner (4) zumindest in den Räumen des Wassermantels Salzkerne (6) enthält.
11. Zylinderliner nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass er Salzkerne (6) zur Ausbildung von Pfeifen für Zuganker oder Befestigungsschrauben enthält.
12. Zylinderliner nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass nur zylinderkopfseitig Pfeifen für Befestigungsschrauben angeordnet sind.
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