WO2011006651A2 - Formeinlage für einen giesskern und/oder eine giessform sowie giesskern und/oder giessform mit einer formeinlage - Google Patents

Formeinlage für einen giesskern und/oder eine giessform sowie giesskern und/oder giessform mit einer formeinlage Download PDF

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WO2011006651A2
WO2011006651A2 PCT/EP2010/004297 EP2010004297W WO2011006651A2 WO 2011006651 A2 WO2011006651 A2 WO 2011006651A2 EP 2010004297 W EP2010004297 W EP 2010004297W WO 2011006651 A2 WO2011006651 A2 WO 2011006651A2
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casting
mold
mold insert
base body
core
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Erwin Nassauer
Daniel Smolny
Markus Dittmann
Horst Henkel
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Lahnwerk Gmbh
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Publication of WO2011006651A3 publication Critical patent/WO2011006651A3/de

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/10—Cores; Manufacture or installation of cores
    • B22C9/103—Multipart cores

Definitions

  • Mold insert for a casting core and / or a casting mold and casting core and / or casting mold with a mold insert
  • the invention relates to a mold insert for a casting core and / or a casting mold according to the preamble of claim 1.
  • the invention further relates to a casting core for the production of cast metal components with a mold insert according to claim 13 and a casting mold according to claim 18.
  • lost cores are made of sand in core boxes. These are provided with corresponding mold cavities, into which fill openings open, over which the sand mixed with a binder is filled. After filling the sand mixture in the core box, the curing follows. Subsequently, the core, which is now inherently dimensionally stable, is removed from the core box and - possibly together with other casting cores - positioned in a permanent mold or lost mold, which is filled in the subsequent casting process with a flowable metal, namely an iron or non-ferrous alloy.
  • a flowable metal namely an iron or non-ferrous alloy.
  • the component After solidification of the cast metal, the component is removed from the mold and possibly freed from the sand. Subsequent cleaning removes any mold residue.
  • the finished end product now has the desired shape.
  • Such a shaping can, for example, have a cavity structure.
  • An example of this is the cooling water jacket of a reciprocating internal combustion engine. Its cylinder block (cylinder crankcase) has one or more cylinder bores bounded by cylinder walls. In order to achieve a compact motor design, one chooses small cylinder spacings, so that the cylinder walls of adjacent cylinders touch. However, these areas called webs are no longer traversed by coolant, which can lead to thermal problems. For this reason, cooling between the contacting cylinders is usually necessary, in particular in the upper region of the combustion chamber of the cylinders, i. at the top dead center of the piston sliding in the cylinders.
  • EP-A1-0 197 365 forms the cooling water channels in the cylinder webs with separate core webs, which connect the two opposite longitudinal sides of the water jacket core in height of the cylinder combustion chamber.
  • the core bars will - regardless of Mantelkem - formed from high-density zircon sand to obtain the necessary strength, and then fitted in the casting core.
  • the disadvantage here is that the core webs break easily in the formation of very narrow channels, which can lead to damage to the casting.
  • the use of zircon sand entails high costs, because the material is relatively expensive and a separate tool is necessary for the production of the core webs.
  • a known from DE-C2-38 28 093 foundry core for the water jacket of a cylinder block used for the production of cooling water channels in the cylinder webs separate columns in the form of rectangular plates of sintered oxide ceramic.
  • Each ceramic plate is provided at its in the installed state parallel to the cylinder axes edges with triangular edge beads in cross-section, which should be anchored in core shooting in the water jacket core.
  • the disadvantage of this is that the production of ceramic supports is very expensive, because the necessary materials and tools are relatively expensive.
  • DE-A1-198 32 718 provides for the formation of smaller cavities in castings before the use of separate core parts made of carbon, which are burned out after the casting process with the supply of oxygen.
  • the core parts are designed as graphite plates. They are arranged as bridges in the mold cavity of the cylinder bore intermediate wall and formed with their thickened ends when shooting the sand mixture into the casting core.
  • the disadvantage here is that the production of graphite plates is complicated and expensive.
  • the graphite plates must be burned out by an additional step. This requires additional equipment, which has an unfavorable effect on the production costs. Regardless of all, graphite plates are very problematic to handle because they can easily break, especially when the thickness of the plate is 0.5 to 2 mm.
  • the aim of the invention is to avoid these and other disadvantages of the prior art and to provide a mold insert for a mold and / or a casting core, which is suitable for the formation of small to very small cavities or recesses in castings.
  • the mold insert should be simple and inexpensive to construct and easy to handle, in particular, the risk of breakage in thicknesses smaller than 2 mm is significantly reduced.
  • the mold insert should also be removed as a lost molding quickly and easily from the finished component.
  • Another important aim of the invention is to provide a casting core and / or a casting mold for the production of cast metal components which, in addition to larger cavities, is also suitable for the formation of small to very small cavities or recesses in castings.
  • the casting core or the mold should be simple and inexpensive and easy to handle, as well as to be completely and easily removed after the casting process.
  • the aim is also a possible free design of the components, in particular with narrow or narrow cavities, channels, recesses or contour areas.
  • the invention provides that the base body is made of a fiber and / or yarn-containing material.
  • the use of fiber and / or gam ambiencem material allows the production of mold inserts, which may have a virtually arbitrary shape within the casting core and / or within the mold.
  • product-related shapes and contours can be realized that were not possible with previously customary production methods and materials in the foundry industry.
  • the mold inserts Due to the intrinsic elasticity of the fiber-containing and / or yarn-containing material, the mold inserts can be made extremely thin, so that extremely small and / or narrow cavities or voids are formed within a cavity structure, without, however, the risk that within form the form deposits cracks or breakages. Thereby can within the component to be produced no burrs or damaged areas that lead to rejects or that must be removed later in a complex treatment.
  • mold inserts according to the invention can be manufactured extremely inexpensively compared to conventional ceramic supports or core parts.
  • no complicated machines or apparatuses are more necessary for the production and handling of the mold inserts according to the invention.
  • the material used ensures that the mold inserts can be formed with sufficient strength and in such a stable form that they are always firmly and accurately integrated into the casting core and / or into the casting mold.
  • the mold inserts according to the invention can be used, for example, in the formation of a cooling water jacket in an engine block of a reciprocating internal combustion engine, wherein by means of the mold inserts in the narrow cylinder lands between the cylinder bores extremely thin channels are formed, for example, have a width of less than 1, 5 mm.
  • the use of the mold inserts made of fiber and / or yarn-containing material allows the engine designer to form a web cooling with optimally remaining cylinder wall.
  • the water bridge can be formed without the hitherto customary draft, which further increases the clear cross-sectional area of the channel to be formed.
  • the fibrous material is cardboard, paperboard, paper, nonwoven, nonwoven or felt, while the yarn containing material is a woven, knitted or knitted fabric.
  • the cardboard, paperboard, paper, nonwoven, nonwoven or felt material may be mechanically, thermally or chemically consolidated prior to final shaping and / or incorporation into a foundry core and / or casting mold such that the insert has sufficient strength and intrinsic stability exhibit.
  • the fiber and / or yarn-containing material may consist of ceramic, glass or carbon fibers, whereby further applications and applications are developed.
  • An important embodiment of the invention provides that the fiber and / or gamumble material is mixed with a binder and / or impregnated.
  • the mold insert can thereby be cured in a predeterminable form, optionally in one step with the curing of the casting core and / or the casting mold.
  • the shaping of the mold insert can take place within the core box, within the casting mold or separately.
  • the binder may be dry, moist, liquid or gaseous.
  • a significant advantage of the invention is that within the component precise contours can be produced with very small dimensions, which meet even strict tolerance requirements. At the same time the risk of breakage compared to conventional ceramic supports or core parts are significantly reduced, which has a favorable effect on the component function, the quality and efficiency of the components to be cast.
  • the materials provided for the mold inserts and the sand used for the production of the casting core and / or the possibly lost casting mold have similar thermal properties, so that the casting metal is not quenched in the contact areas with the mold inserts.
  • the microstructure of the cast metal thus remains unchanged homogeneous, which has a favorable effect on the quality of the components.
  • Another advantage of the invention is that the mold inserts do not hinder the shrinkage of the component occurring during the solidification process. Therefore, no additional voltages can arise in the component.
  • the invention further provides that the base body is coated, for example with a conventional heat-resistant or refractory material.
  • the mold insert remains dimensionally stable until the surface of the cast component solidifies.
  • a development of the invention provides that the contact region of the base body to the casting core and / or the casting mold is provided with at least one opening. As a result, the sand volume of the casting core or of the casting mold is connected to each other on both sides of the mold insert. The casting core and the mold insert thus form a solid bond that is not weakened locally.
  • the main body of the mold insert may be formed in one or more layers according to a further aspect of the invention, wherein the individual layers or layers of a consist of uniform material or of different fiber and / or gam ambiencen materials.
  • the base body may have a reinforcement, which may be e.g. is arranged between the individual layers of the base body.
  • a reinforcement which may be e.g. is arranged between the individual layers of the base body.
  • a perforated plate or a wire mesh that is firmly integrated into the mold insert.
  • the use of cardboard, cardboard or paper or other non-heat-resistant materials made of nonwoven, nonwoven or felt for the formation of the mold insert has the further advantage that these materials is largely charred after the solidification of the casting metal in the mold together with the binder and already can be quickly removed from the finished component during cleaning.
  • the mold insert leaves behind a clean, burr-free opening cross section, which may be formed for example as a cooling channel in the upper cylinder region of an internal combustion engine.
  • the material chars during the casting process and can be easily removed from the component.
  • the mold insert which consists of heat- or fire-resistant fibers and / or yarns
  • the deposit loses its stability after solidification of the casting metal, but not their cohesion.
  • the mold insert can now be removed with a gripping tool from the contour region of the component.
  • the body is expediently provided with a tab which is easily accessible and protrudes, for example, in the free space of the mold.
  • the tab can be firmly connected to the main body of the mold insert or be integral with this.
  • the main body of the mold insert is rectangular, concave or convex in cross section.
  • the base body can form the base body on one or both sides in cross-section at least partially contour embossed, for example, wedge-shaped, which in a Zylinderstegkühlung in terms of flow conditions can be beneficial.
  • the invention further provides for the use of the mold insert according to the invention in a casting core, in particular for the production of components made of cast metal with narrow or narrow contour regions.
  • the mold insert is preferably integrated force and / or positive fit in the main body of the casting core, wherein the base body of the mold insert is injected, for example, in the casting core.
  • the freestanding contact areas of the mold insert to the casting core during filling of the core box are completely surrounded with core sand and enclosed by this, the binder of the sand ensures a firm bond between the mold insert and the casting core.
  • the mold insert can be used after the core shooting in the casting core and secured mechanically, by means of an adhesive or by means of an additional potting compound.
  • a casting core produced in this way can form the entire contour region for the water cooling of the cylinder tubes of an internal combustion engine as a water jacket core.
  • the mold inserts can form part of a completely assembled core unit. The latter can form the entire inner, and possibly outer contour of a cylinder crankcase.
  • Another aspect of the invention provides that the main body of the casting core and the mold inserts integrated in the casting core are coated, for example with a conventional heat-resistant or refractory material.
  • the casting core and the mold insert remain dimensionally stable until the surface of the cast component solidifies.
  • Through a common coating of casting core and mold insert creates a uniform self-contained surface.
  • the invention further provides a mold for the production of components made of cast metal, which - in the case of a lost form - a base made of sand or - in the case of a permanent mold - has a base body made of metal.
  • a mold insert and / or a casting core may be arranged and / or integrated in the base body.
  • the invention further provides for the use of a mold insert for producing a casting core.
  • the invention claims the use of a casting core and / or a casting mold with a mold insert for producing a component made of cast metal.
  • FIG. 1 is a partial sectional view of a cylinder block of an internal combustion engine
  • FIG. 2 is a partial sectional view of the cylinder block of Figure 1 at the level of the line l-l with a closed web.
  • FIG. 3 is a partial sectional view of the cylinder block of Figure 1 at the level of the line l-l with a formed between two cylinder bores water gap,
  • FIG. 5 is a side view of another embodiment of a mold insert
  • FIG. 6 is a side view of another embodiment of a mold insert
  • FIG. 7 is an exploded oblique view of yet another embodiment of a mold insert
  • Fig. 8 is a longitudinal section through a mold insert
  • Fig. 9 is a partial sectional view of the cylinder block of Fig. 1 in the amount of line l-l with not yet removed core and core element.
  • the generally designated 1 in Fig. 1 cylinder block is provided for a (not shown) reciprocating internal combustion engine. It is a component which is cast in an iron or non-ferrous alloy casting mold (also not shown).
  • the cylinder block 1 has an outer wall 2 and a plurality, for example, in series cylinder bores 3, which are bounded by cylinder walls 2 'between the outer wall 2 and the cylinder walls 2', a cavity 4 is formed, which is flowed through during operation of the engine of cooling water, which dissipates the heat generated during combustion. Further recesses 6 can connect the cavity 4, also referred to as a water jacket, with corresponding cavities in a cylinder head (not shown), which is screwed firmly to the cylinder block 1 by means of screws (not shown). To accommodate the screws 1 threaded holes 7 are formed in the cylinder block.
  • the cylinder walls 2 'form - as Fig. 2 shows in more detail - between two cylinder bores 3 narrow webs 8, wherein the width B of the webs 8 may be relatively narrow in favor of a compact design of the engine.
  • a narrow cavity 5 or a water web is formed in each web 8, as shown in FIG that allows the water flowing in the water jacket 4 to flow also between the cylinder bores 3 to thereby cool the cylinder walls 2 1 in the narrow land areas 8.
  • the width b of the water bridges 5 is between 0.5 mm and 3 mm. It is thus significantly smaller than the width B of the webs 8, so that the stability of the cylinder block 1 is not impaired despite the narrow webs 8 and the compact design of the engine.
  • the (not shown in detail) height of the water bridges 5 is adapted to the respective component needs, so that always sufficient water can flow through it. If required, material bridges can be incorporated within the water bridges 5, which bridges have a stabilizing and / or water-directing effect.
  • a casting core 100 is used (see Fig. 9), which is inserted into a (not shown) mold.
  • the casting core 100 consists of a suitable core sand, which is provided with a binder. It is produced in a manner known per se in a core box (not shown) by means of a core shooting machine (also not shown).
  • mold inserts 10 are placed within the casting core, which are positioned and aligned exactly in the middle of the webs 8 and a suitable height, so that after the casting process and after removal of the casting core 100th and the mold inserts 10 within the component 1, the desired cavity structure 4, 5 is formed.
  • the mold insert 10 has - as shown in FIG. 6 in more detail - a base body 20 which has approximately centrally a contact region 22 to the casting metal.
  • This contact region 22 is delimited, for example, by the lines 23, 23 ', ie, between the lines 23, 23', the mold insert 10 is in contact with the casting metal after filling the mold.
  • the base body 10 On both sides of the contact region 22 to the casting metal, the base body 10 in each case has a further contact region 24, with which the mold insert 10 is integrated into the casting core 100.
  • This and the mold inserts 10 thus form a composite body, which can be used as a prefabricated unit in the mold. If necessary, the composite body 100, 10 may be provided with a coating, for example a core size.
  • apertures 30 are introduced in the contact regions 24 of the base body 10. These can - as shown in the embodiment of FIG. 6 - be round. But you can also have a different shape. It is only important that the mold inserts 10 are precisely and reliably embedded in the casting core 100.
  • each main body 20 of the mold inserts 10 is made of a fibrous material, wherein preferably cardboard or cardboard is used. But you can also use a paper, a fleece, a nonwoven fabric or felt.
  • the main body 20 of the mold insert 10 consists of a yarn-containing material, in particular a woven fabric, a knitted fabric or a knitted fabric, which has been made of ceramic, glass or carbon fibers.
  • a further embodiment of the invention provides that the base body 20 is made of a fibrous and a yarn-containing material, wherein e.g. Cardboard can be combined with a felt or a fabric.
  • the material is mechanically, thermally or chemically solidified.
  • the mold insert can also be treated or coated with a heat- or refractory material.
  • the main body 20 may be single-layered. But it can also consist of several layers or layers, which - depending on the application - different Have size dimensions and the mold insert 10 gives the desired properties. For example, several layers of cardboard or paper can be used, which lie congruently one above the other or are arranged in stages and thereby follow a desired component contour. Or you can combine different fiber and / or yarn-containing materials in the composite in order to optimally realize product-related properties.
  • a reinforcement 40 can be formed within the mold insert 10. These are e.g. around a grid of metal or a perforated plate.
  • the reinforcement 40 may cover the entire main body 20 or - as shown in Fig. 7 - only a portion of the base body 20. However, it may also protrude beyond the outer contours of the base body 20, for example, to be incorporated in the casting core. As a result, the mold insert 10 is reliably positioned and fixed in the casting core. It is also conceivable that the reinforcement is applied to the outside of the mold insert 10.
  • a tab 50 is formed on the base body 20 in the embodiment of FIG. 5. This protrudes after the introduction of the mold insert 10 into the casting core 100 over the surface thereof or over a cylinder head contact surface 25 indicated as a dot-dash line in FIGS. 4 to 6. In the embodiment of FIG. 6, a tab 50 is formed on each side of the contact region 22 to the casting metal.
  • the main body 20 of the mold insert may be rectangular, concave or convex in cross-section.
  • the embodiment shown in FIGS. 8 and 9 provides a cross-section which is wedge-shaped on both sides, so that the cavity 5 in the webs 8 largely follows the contours of the cylinder bores 3, which saves material and increases the cooling effects in the cavities 5.
  • the incorporation of the mold inserts 10 in the casting core 100 is preferably carried out during core shooting in a core mold.
  • the mold insert 10 is first positioned in the desired position within the core mold and fixed if necessary. Subsequently, the freestanding contact regions 24 of the mold inserts 10 are completely surrounded during the filling process of the core mold with core sand. After curing of the binder, the mold inserts 10 are connected to the casting core 100 to form a solid and stable unit. By possibly introduced into the contact areas 24 openings 24, the core sand volume on both sides of the body 20 of the mold insert 10 connected to each other. The casting core 100 is thereby not locally weakened.
  • a casting core 100 produced in this way consisting of core sand and the injected mold inserts 10, is then coated with a size and dried.
  • the casting core 100 which is now ready for casting, is subsequently introduced into a casting mold. It forms, together with the mold inserts 100, the desired contour region for the water cooling, that is to say the water jacket 4 surrounding the cylinder walls 2 'and the narrow water webs 5 formed in the cylinder webs 8.
  • the casting blank is removed from the casting mold and sanded.
  • the molded cardboard, cardboard or paper inserts 10 are automatically removed, because these materials are charred due to the high temperatures during the casting process. Additional or separate cleaning is not necessary.
  • the mold inserts 10 are made of fleece, nonwoven fabric, felt, a woven fabric, a knitted fabric or knitted fabric, these can be taken after the casting process with a simple tool on the tabs 50 and removed from the cylinder head 1.
  • the mold insert 10 leaves a clean, burr-free opening cross-section for optimum water flow within the cylinder block 1, or in the upper cylinder region of the internal combustion engine.
  • the mold inserts 10 of the invention can be made not only simple and inexpensive due to the choice of materials. In particular, they permit the formation of extremely narrow or narrow recesses, channels, cavities and / or contour regions which can not be formed by conventional means.
  • the mold inserts 10 made of fiber and / or yarn-containing material are sufficiently stable in order to comply exactly with required dimensions and tolerances. If necessary, however, the material can also be additionally solidified, for example with a binder. At the same time, the inherent elasticity of the materials used ensures that the mold inserts 10 do not break, even if structures of less than 1 mm are formed.
  • the durability of the cores 100 is significantly increased, especially during transport or handling.
  • the mold inserts 10 according to the invention thus enable the realization of design solutions that could not be realized with hitherto known foundry usual production methods and materials. Furthermore, the production of components is optimized with already achievable by conventional methods cross-sections, in particular, the nuclear-induced rejection is significantly reduced.
  • the residues of the mold inserts 10 can be removed very easily.
  • the entire system thus represents a cost effective and effective solution.
  • the mold inserts 10 need not necessarily be injected into the casting cores 100. It is also possible to fix the base bodies 20 in a positive and / or positive fit, for example by gluing, welding or jamming. Further, the application of the mold inserts 10 is not limited to the formation of narrow water lands 5 between the cylinder bores 3 of a cylinder block 1. On the contrary, they offer the designer the possibility of creating narrow contours in components that were not possible with previous molded materials and production equipment.
  • the application of the mold inserts 10 is also not limited to casting cores 100. You can also use the mold inserts 10 in molds to make filigree or narrow recesses and contour areas with these.
  • the casting molds - like the casting cores 100 - can be made of sand. But you can also use permanent molds and bring the mold inserts 10 there force and form fit.
  • a mold insert 10 for a casting core 100 and / or for a casting mold for the production of components 1 made of cast metal, which are to be provided with small and / or narrow cavities 5, has a rectangular, concave or convex base body 20 in cross-section which has at least one contact region 22 to the cast metal and at least one contact region 24 to the casting core 100 and / or to the casting mold.
  • the base body 20 is made of a fiber and / or yarn-containing material.
  • the fibrous material is preferably cardboard, paperboard, paper, non-woven, non-woven or felt, while the yarn-containing material is a woven, knitted or knitted fabric.
  • the fibrous and / or yarn-containing material may also be mixed and / or impregnated with a binder.
  • breakthroughs may be provided in the contact areas 24 to the casting core 100 and / or to Mold 30 breakthroughs. You can form the mold inserts 10 without any breakthrough 30. Or one brings one or more breakthroughs (not shown) into the contact area of the main body 20 to the casting metal in order to create there further material contours.
  • the base body 20 may be formed in multiple layers, which may be provided with a reinforcement 40. At least one tab 50 formed on the main body 20 can serve to remove the mold insert 10 from the component 1.

Landscapes

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

Abstract

Eine Formeinlage (10) für einen Gießkern (100) und/oder für eine Gießform für die Herstellung von Bauteilen (1) aus Gießmetall, die mit kleinen und/oder schmalen Hohlräumen (5) zu versehen sind, hat einen im Querschnitt rechteckigen, konkaven oder konvexen Grundkörper (20), der wenigstens einen Kontaktbereich (22) zum Gießmetall und wenigstens einen Kontaktbereich (24) zum Gießkern (100) und/oder zur Gießform aufweist. Um eine kostengünstige und zuverlässige Ausbildung der kleinen bis sehr kleinen Hohlräume oder Ausnehmungen in den Gussteilen (1) zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass der Grundkörper (20) aus einem faser- und/oder gamhaltigen Material gefertigt ist. Das faserhaltige Material ist bevorzugt Pappe, Karton, Papier, Vlies, Vliesstoff oder Filz, während das gamhaltige Material ein Gewebe, ein Gestrick oder ein Gewirk ist. Das faser- und/oder gamhaltige Material kann ferner mit einem Bindemittel vermischt und/oder getränkt sein. In den Kontaktbereichen (24) zum Gießkern (100) und/oder zur Gießform sind Durchbrüche (30) vorgesehen. Um die Stabilität der Formeinlage (10) zu erhöhen, kann der Grundkörper (20) mehrlagig ausgebildet sein, wobei zwischen den Lagen eine Armierung (40) angeordnet ist. Wenigstens eine an dem Grundkörper (20) ausgebildete Lasche (50) kann dem Entfernen der Formeinlage (10) aus dem Bauteil (1) dienen.

Description

Formeinlage für einen Gießkern und/oder eine Gießform sowie Gießkern und/oder Gießform mit einer Formeinlage
Die Erfindung betrifft eine Formeinlage für einen Gießkern und/oder eine Gießform gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Die Erfindung betrifft ferner einen Gießkern für die Herstellung von Bauteilen aus Gießmetall mit einer Formeinlage nach Anspruch 13 sowie eine Gießform nach Anspruch 18.
Zur Herstellung von Bauteilen aus Gießmetallen mit innen oder außen liegenden Konturen verwendet man gewöhnlich Dauerformen oder verlorene Formen, ggf. mit innen oder außen liegenden Gießkernen. Verlorene Kerne werden aus Sand in Kernkästen hergestellt. Diese sind mit entsprechenden Formhohlräumen versehen, in welche Einfüllöffnungen münden, über die der mit einem Bindemittel vermischte Sand eingefüllt wird. Nach dem Einfüllen der Sandmischung in den Kernkasten folgt die Aushärtung. Anschließend wird der nun in sich formstabile Gießkern dem Kernkasten entnommen und - ggf. zusammen mit weiteren Gießkernen - in einer Dauerform oder verlorenen Form positioniert, welche im nachfolgenden Gießprozess mit einem fließfähigen Metall, nämlich einer Eisen- oder Nichteisenlegierung, gefüllt wird.
Nach dem Erstarren des Gießmetalls wird das Bauteil aus der Gießform entnommen und ggf. vom Sand befreit. Anschließendes Reinigen entfernt jegliche Formrückstände. Das fertige Endprodukt weist nun die gewünschte Formgebung auf.
Eine solche Formgebung kann beispielsweise eine Hohlraumstruktur aufweisen. Ein Beispiel hierfür ist der Kühlwassermantel einer Hubkolben-Brennkraftmaschine. Deren Zylinderblock (Zylinderkurbelgehäuse) hat eine oder mehrere Zylinderbohrungen, die von Zylinderwandungen begrenzt sind. Um eine möglichst kompakte Bauform des Motors zu erreichen, wählt man kleine Zylinderabstände, so dass sich die Zylinderwandungen benachbarter Zylinder berühren. Diese als Stege bezeichneten Bereiche werden jedoch nicht mehr von Kühlmittel durchströmt, was zu thermischen Problemen führen kann. Aus diesem Grund ist daher meist eine Kühlung auch zwischen den sich berührenden Zylindern notwendig, insbesondere im oberen Bereich des Brennraums der Zylinder, d.h. am oberen Totpunkt der in den Zylindern gleitenden Kolben.
Um dies zu erreichen, hat man in die Zylinderstege Bohrungen eingebracht. Diese weisen jedoch einen zu geringen Strömungsquerschnitt auf. Zudem entsteht, bedingt durch den kreisförmigen Querschnitt der Bohrungen, örtlich eine zu dünne Zylinderwandung, die bei hoher Zünddruck- und Temperaturbelastung zur Rissbildung neigen kann.
In DE-A1 -33 00 924 wurde vorgeschlagen, in die Zylinderstege Rohre einzugießen, die eine Verbindung zwischen den seitlichen Kühlwassermänteln des Zylinderblocks herstellen sollen. Problematisch hierbei ist, dass die Rohre an den Enden vorgearbeitet und beim Gießen abgedichtet werden müssen. Zudem werden die Rohre von den Zylinderbohrungen angeschnitten, so dass innerhalb des Zylinders verschiedene Materialien mit unterschiedlichen Material- und Oberflächeneigenschaften vorhanden sind, was höchst problematisch ist.
EP-A1-0 197 365 bildet die Kühlwasserkanäle in den Zylinderstegen mit separaten Kernstegen aus, die in Höhe des Zylinderbrennraumes die beiden gegenüberliegenden Längsseiten des Wassermantelkerns miteinander verbinden. Die Kernstege werden - unabhängig vom Mantelkem - aus hochverdichtetem Zirkonsand geformt, um die notwendige Festigkeit zu erlangen, und anschließend im Gießkern eingepasst. Von Nachteil hierbei ist, dass die Kernstege bei der Ausbildung sehr schmaler Kanäle leicht brechen, was zu Schäden am Abguss führen kann. Überdies fallen bei der Verwendung von Zirkonsand hohe Kosten an, weil das Material relativ teuer und für die Herstellung der Kernstege ein separates Werkzeug notwendig ist.
Ein aus DE-C2-38 28 093 bekannter Gießkern für den Wassermantel eines Zylinderblocks verwendet für die Herstellung von Kühlwasserkanälen in den Zylinderstegen separate Stützen in Form von rechteckigen Platten aus gesinterter Oxidkeramik. Jede Keramikplatte ist an ihren im Einbauzustand parallel zu den Zylinderachsen verlaufenden Rändern mit im Querschnitt dreieckigen Randwülsten versehen, die beim Kernschießen im Wassermantelkern verankert werden sollen. Von Nachteil hierbei ist, dass die Herstellung dieser Keramikstützen sehr kostenintensiv ist, weil die notwendigen Materialien und Werkzeuge relativ teuer sind. Problematisch ist ferner, dass das Keramikmaterial sehr widerstandsfähig ist, wodurch die Stützen beim Gießprozess nicht zuverlässig zerstört werden. Dann jedoch lassen sich die Materialreste beim Reinigen des Bauteils nicht ohne weiteres entfernen.
Ein weiterer Nachteil der aus DE-C2-38 28 093 bekannten Gießkerne besteht darin, dass die Keramikplatten das Gießmetall an zahlreichen Stellen berühren. Das Gießen auf Keramik kann jedoch zu einer Abschreckwirkung für das Gießmaterial führen, wodurch sich in den Berührungsbereichen ein anderes Materialgefüge ausbilden kann. Dies wiederum führt häufig zu Spannungen innerhalb des fertigen Bauteils oder zu Bearbeitungsproblemen.
DE-A1-198 32 718 sieht für die Ausbildung von kleineren Hohlräumen in Gussteilen die Verwendung von separaten Kernteilen aus Kohlenstoff vor, die nach dem Gießprozess unter Zuführung von Sauerstoff ausgebrannt werden. Die Kernteile sind als Graphitplatten ausgebildet. Sie werden als Brücken im Formhohlraum der Zylinderbohrungszwischenwand angeordnet und mit ihren verdickt ausgebildeten Enden beim Einschießen der Sandmischung in den Gießkern eingeformt. Nachteilig hierbei ist, dass das Herstellen der Graphitplatten aufwendig und teuer ist. Hinzu kommt, dass die Graphitplatten durch einen zusätzlichen Arbeitsschritt ausgebrannt werden müssen. Dies erfordert zusätzlichen apparativen Aufwand, was sich ungünstig auf die Herstellkosten auswirkt. Unabhängig von alledem sind Graphitplatten in der Handhabung sehr problematisch, weil diese leicht brechen können, insbesondere wenn die Dicke der Platte bei 0,5 bis 2 mm liegt. Ziel der Erfindung ist es, diese und weitere Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und eine Formeinlage für eine Gießform und/oder einen Gießkern zu schaffen, die für die Ausbildung von kleinen bis sehr kleinen Hohlräumen oder Ausnehmungen in Gussteilen geeignet ist. Die Formeinlage soll einfach und kostengünstig aufgebaut und leicht zu handhaben sein, wobei insbesondere die Bruchgefahr bei Dickenabmessungen kleiner 2 mm deutlich zu reduzieren ist. Die Formeinlage soll sich ferner als verlorenes Formteil rasch und bequem aus dem fertigen Bauteil entfernen lassen.
Ein weiteres wichtiges Ziel der Erfindung besteht darin, einen Gießkern und/oder eine Gießform für die Herstellung von Bauteilen aus Gießmetall zu schaffen, der bzw. die neben größeren Hohlräumen auch für die Ausbildung von kleinen bis sehr kleinen Hohlräumen oder Ausnehmungen in Gussteilen geeignet ist. Der Gießkern bzw. die Gießform soll einfach und kostengünstig aufgebaut und leicht zu handhaben sein, sowie nach dem Gießprozess vollständig und leicht zu entfernen sein. Angestrebt wird ferner eine möglichst freie Gestaltung der Bauteile, insbesondere mit eng oder schmal ausgebildeten Hohlräumen, Kanälen, Ausnehmungen oder Konturbereichen.
Hauptmerkmale der Erfindung sind im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 sowie in den Ansprüchen 13, 18, 19 und 20 angegeben. Ausgestaltungen sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 12 und 14 bis 17.
Bei einer Formeinlage für einen Gießkern und/oder eine Gießform für die Herstellung von Bauteilen aus Gießmetall, die mit kleinen und/oder schmalen Hohlräumen zu versehen sind, mit einem Grundkörper, der wenigstens einen Kontaktbereich zum Gießmetall und wenigstens einen Kontaktbereich zum Gießkern und/oder zur Gießform aufweist, sieht die Erfindung vor, dass der Grundkörper aus einem faser- und/oder garnhaltigen Material gefertigt ist.
Die Verwendung von faser- und/oder gamhaltigem Material ermöglicht die Herstellung von Formeinlagen, die innerhalb des Gießkerns und/oder innerhalb der Gießform eine nahezu beliebige Gestalt aufweisen können. Insbesondere lassen sich produktbezogene Formen und Konturen realisieren, die mit bisher üblichen Fertigungsverfahren und Materialien in der Gießereiindustrie nicht möglich waren. Die Formeinlagen lassen sich aufgrund der Eigenelastizität des faser- und/oder garnhaltigen Materials - je nach Anwendung - extrem dünn ausbilden, so dass innerhalb einer Hohlraumstruktur extrem kleine und/oder schmale Frei- bzw. Hohlräume entstehen, ohne jedoch die Gefahr, dass sich innerhalb der Formeinlagen Risse oder Bruchstellen ausbilden. Dadurch können innerhalb des herzustellenden Bauteils keine Grate oder Schadstellen entstehen, die zu Ausschuss führen oder die später in einer aufwendigen Nachbehandlung entfernt werden müssen.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Formeinlagen besteht darin, dass diese im Vergleich zu herkömmlichen Keramikstützen oder Kernteilen äußerst kostengünstig gefertigt werden können. Zudem sind für die Herstellung und Handhabung der erfindungsgemäßen Formeinlagen keine aufwendigen Maschinen oder Apparaturen mehr notwendig. Das verwendete Material sorgt vielmehr dafür, dass sich die Formeinlagen mit ausreichender Festigkeit und in solch stabiler Form ausbilden lassen, dass sie stets fest und lagegenau in den Gießkern und/oder in die Gießform eingebunden sind.
Die erfindungsgemäßen Formeinlagen können beispielsweise bei der Ausbildung eines Kühlwassermantels in einem Motorblock einer Hubkolben-Brennkraftmaschine Anwendung finden, wobei mittels der Formeinlagen in den schmalen Zylinderstegen zwischen den Zylinderbohrungen extrem dünne Kanäle ausgebildet werden, die beispielsweise eine Breite von unter 1 ,5 mm aufweisen. Damit ermöglicht der Einsatz der Formeinlagen aus faser- und/oder garnhaltigem Material dem Motorenkonstrukteur die Ausbildung einer Stegkühlung bei optimal verbleibender Zylinderwandung. Überdies ist kann der Wassersteg ohne die bislang übliche Formschräge ausgebildet werden, was die lichte Querschnittsfläche des auszubildenden Kanals weiter erhöht.
Bei dem faserhaltigen Material handelt es sich um Pappe, Karton, Papier, Vlies, Vliesstoff oder Filz, während das garnhaltige Material ein Gewebe, ein Gestrick oder ein Gewirk ist. Diese Materialien lassen sich nicht nur in optimaler Qualität kostengünstig beschaffen, auch die Verarbeitung zu produktbezogenen Formeinlagen ist einfach und mit geringem Kostenaufwand möglich.
Das aus Pappe, Karton, Papier, Vlies, Vliesstoff oder Filz bestehende Material kann vor der endgültigen Formgebung und/oder dem Einbinden in einen Gießkern und/oder eine Gießform mechanisch, thermisch oder chemisch verfestigt werden, so dass die Formeinlage eine ausreichende Festigkeit und Eigenstabilität aufweisen.
Das faser- und/oder garnhaltige Material kann aus keramischen, Glas- oder Kohlefasern bestehen, wodurch weitere Anwendungs- und Einsatzbereiche erschlossen werden. Eine wichtige Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das faser- und/oder gamhaltige Material mit einem Bindemittel vermischt und/oder getränkt ist. Die Formeinlage lässt sich dadurch in einer vorgebbaren Form aushärten, ggf. in einem Arbeitsschritt mit dem Aushärten des Gießkern und/oder der Gießform. Die Formgebung der Formeinlage kann innerhalb des Kernkastens, innerhalb der Gießform oder separat erfolgen. Das Bindemittel kann trocken, feucht, flüssig oder gasförmig ausgebildet sein.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass innerhalb des Bauteils präzise Konturen mit sehr geringen Abmessungen erzeugt werden können, die selbst strengen Toleranzanforderungen genügen. Gleichzeitig sind die Bruchgefahr gegenüber herkömmlichen Keramikstützen oder Kernteilen deutlich reduziert, was sich günstig auf die Bauteilfunktion, die Qualität und die Wirtschaftlichkeit der zu gießenden Bauteile auswirkt.
Von Vorteil ist ferner, dass die für die Formeinlagen vorgesehenen Materialien und der für die Herstellung des Gießkerns und/oder der ggf. verlorenen Gießform verwendete Sand ähnliche thermische Eigenschaften haben, so dass das Gießmetall in den Kontaktbereichen mit den Formeinlagen nicht abgeschreckt wird. Das Gefüge des Gießmetalls bleibt dadurch unverändert homogen, was sich günstig auf die Qualität der Bauteile auswirkt.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung zeigt sich darin, dass die Formeinlagen die während des Erstarrungsprozesses auftretende Schwindung des Bauteils nicht behindert. Im Bauteil können daher keine zusätzlichen Spannungen entstehen.
Die Erfindung sieht weiter vor, dass der Grundkörper beschichtet ist, beispielsweise mit einem üblichen hitzebeständigen oder feuerfesten Material. Dadurch bleibt die Formeinlage bis zum Erstarren der Oberfläche des gegossenen Bauteils formstabil erhalten.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Kontaktbereich des Grundkörpers zum Gießkern und/oder zur Gießform mit wenigstens einem Durchbruch versehen ist. Dadurch wird das Sandvolumen des Gießkerns bzw. der Gießform zu beiden Seiten der Formeinlage miteinander verbunden. Der Gießkern und die Formeinlage bilden damit einen festen Verbund, der örtlich nicht geschwächt ist.
Der Grundkörper der Formeinlage kann gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ein- oder mehrlagig ausgebildet sein, wobei die einzelnen Lagen bzw. Schichten aus einem einheitlichen Material oder aus verschiedenen faser- und/oder gamhaltigen Materialien bestehen können.
Um die Festigkeit der Formeinlagen weiter zu erhöhen, kann der Grundkörper eine Armierung aufweisen, die z.B. zwischen den einzelnen Lagen des Grundkörpers angeordnet ist. In Betracht kommt beispielsweise ein Lochblech oder ein Drahtgewebe, das fest in die Formeinlage eingebunden ist.
Die Verwendung von Pappe, Karton oder Papier oder von anderen nicht hitzebeständigen Materialien aus Vlies, Vliesstoff oder Filz für die Ausbildung der Formeinlage hat weiter den Vorteil, dass diese Materialien nach dem Erstarren des Gießmetalls in der Gießform gemeinsam mit dem Bindemittel weitestgehend verkohlt ist und bereits während des Reinigens rasch aus dem fertigen Bauteil entfernt werden können. Die Formeinlage hinterlässt dabei einen sauberen, gratfreien Öffnungsquerschnitt, der beispielsweise als Kühlkanal im oberen Zylinderbereich einer Brennkraftmaschine ausgebildet sein kann. Das gleiche gilt für das garnhaltige Gewebe, Gestrick oder Gewirk, sofern es nicht hitze- bzw. feuerbeständig ist. Das Material verkohlt während des Gießprozesses und kann leicht aus dem Bauteil entfernt werden.
Wählt man hingegen für die Formeinlage ein Material, das aus hitze- oder feuerbeständigen Fasern und/oder Garnen besteht, so verliert die Einlage nach dem Erstarren des Gießmetalls seine Eigenstabilität, nicht jedoch ihren Zusammenhalt. Die Formeinlage kann nun mit einem Greifwerkzeug aus dem Konturenbereich des Bauteils entfernt werden. Auch hierbei entsteht ein Hohlraum, der sauber und gratfrei ausgebildet ist und keiner Nachbearbeitung mehr bedarf.
Um das Herausziehen der Formeinlage aus dem fertigen Bauteil zu vereinfachen, ist der Grundkörper zweckmäßig mit einer Lasche versehen, die gut erreichbar ist und beispielsweise in den Freiraum der Gießform hineinragt. Die Lasche kann fest mit dem Grundkörper der Formeinlage verbunden oder mit dieser einstückig sein.
Für die Gestaltung einer kleinen und/oder schmalen Kontur in dem zu gießenden Bauteil ist es zweckmäßig, wenn der Grundkörper der Formeinlage im Querschnitt rechteckig, konkav oder konvex ausgebildet ist. Beispielsweise kann man den Grundkörper ein- oder beidseitig im Querschnitt zumindest abschnittsweise konturgeprägt ausbilden, beispielsweise keilförmig, was bei einer Zylinderstegkühlung im Hinblick auf die Strömungsverhältnisse von Vorteil sein kann. Die Erfindung sieht weiter den Einsatz der erfindungsgemäßen Formeinlage in einem Gießkern vor, insbesondere für die Herstellung von Bauteilen aus Gießmetall mit engen oder schmalen Konturbereichen.
Die Formeinlage ist bevorzugt kraft und/oder formschlüssig im Grundkörper des Gießkerns integriert, wobei der Grundköper der Formeinlage beispielsweise in den Gießkern eingeschossen wird. Dazu werden die freistehenden Kontaktbereiche der Formeinlage zum Gießkern beim Füllvorgang des Kernkastens vollständig mit Kernsand umgeben und von diesem eingeschlossen, wobei das Bindemittel des Sandes eine feste Bindung zwischen der Formeinlage und dem Gießkern gewährleistet.
Alternativ kann die Formeinlage auch nach dem Kernschießen in den Gießkern eingesetzt werden und mechanisch, mittels eines Klebers oder mittels einer zusätzlichen Vergussmasse gesichert werden.
Ein so im Verbund gefertigter Gießkern kann beispielsweise als Wassermantelkern den gesamten Konturenbereich für die Wasserkühlung der Zylinderrohre einer Brennkraftmaschine ausbilden. Die Formeinlagen können dabei Bestandteil einer komplett montierten Kerneinheit bilden. Letztere kann die gesamte Innen-, eventuell auch Außenkontur eines Zylinderkurbelgehäuses formen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor, dass der Grundkörper des Gießkerns und die in dem Gießkern integrieren Formeinlagen beschichtet sind, beispielsweise mit einem üblichen hitzebeständigen oder feuerfesten Material. Dadurch bleiben der Gießkern und die Formeinlage bis zum Erstarren der Oberfläche des gegossenen Bauteils formstabil erhalten. Durch eine gemeinsame Beschichtung von Gießkern und Formeinlage entsteht eine einheitliche in sich geschlossene Oberfläche.
Wichtig ist, dass die Formeinlagen und der Gießkern eine feste und stabile Einheit bilden, die in eine entsprechende Gießform eingesetzt werden können. Dementsprechend sieht die Erfindung weiter eine Gießform für die Herstellung von Bauteilen aus Gießmetall vor, die - im Falle einer verlorenen Form - einen Grundkörper aus Sand oder - im Falle einer Dauerform - einen Grundkörper aus Metall aufweist. In dem Grundkörper können eine Formeinlage und/oder ein Gießkern angeordnet und/oder integriert sein.
Mit Vorteil sieht die Erfindung weiter die Verwendung einer Formeinlage zur Herstellung eines Gießkerns vor. Ferner beansprucht die Erfindung die Verwendung eines Gießkerns und/oder einer Gießform mit einer Formeinlage zur Herstellung eines Bauteils aus Gießmetall.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Wortlaut der Ansprüche sowie aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Es zeigen:
Fig. 1 eine Teil-Schnittansicht eines Zylinderblocks einer Brennkraftmaschine,
Fig. 2 eine Teil-Schnittansicht des Zylinderblocks von Fig. 1 in Höhe der Linie l-l mit geschlossenem Steg,
Fig. 3 eine Teil-Schnittansicht des Zylinderblocks von Fig. 1 in Höhe der Linie l-l mit einem zwischen zwei Zylinderbohrungen ausgebildeten Wasserspalt,
Fig. 4 eine Seitenansicht einer Formeinlage,
Fig. 5 eine Seitenansicht einer anderen Ausführungsform einer Formeinlage,
Fig. 6 eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform einer Formeinlage,
Fig. 7 eine auseinandergezogene Schrägansicht einer noch anderen Ausführungsform einer Formeinlage,
Fig. 8 ein Längsschnitt durch eine Formeinlage, und
Fig. 9 eine Teil-Schnittansicht des Zylinderblocks von Fig. 1 in Höhe der Linie l-l mit noch nicht entferntem Gießkern und Kernelement.
Der in Fig. 1 allgemein mit 1 bezeichnete Zylinderblock ist für eine (nicht weiter dargestellte) Hubkolben-Brennkraftmaschine vorgesehen. Es handelt sich um ein Bauteil, das in einer (gleichfalls nicht gezeigten) Gießform aus einer Eisen- oder Nichteisenlegierung gegossen wird.
Der Zylinderblock 1 hat eine Außenwandung 2 sowie mehrere, beispielsweise in Reihe angeordnete Zylinderbohrungen 3, die von Zylinderwänden 2' begrenzt sind Zwischen der Außenwandung 2 und den Zylinderwänden 2' ist ein Hohlraum 4 ausgebildet, der während des Betriebes des Motors von Kühlwasser durchströmt wird, welches die bei der Verbrennung entstehende Hitze abführt. Weitere Ausnehmungen 6 können den auch als Wassermantel bezeichneten Hohlraum 4 mit entsprechenden Hohlräumen in einem (nicht gezeigten) Zylinderkopf verbinden, der mittels (nicht dargestellter) Schrauben mit dem Zylinderblock 1 fest verschraubt wird. Zur Aufnahme der Schrauben sind in dem Zylinderblock 1 Gewindelöcher 7 ausgebildet. Die Zylinderwände 2' bilden - wie Fig. 2 näher zeigt - zwischen je zwei Zylinderbohrungen 3 schmale Stege 8, wobei die Breite B der Stege 8 zugunsten einer kompakten Bauform des Motors relativ schmal sein kann.
Um thermische Probleme, insbesondere im oberen Bereich der Zylinderbohrungen 3, d.h. im Bereich des oberen Totpunktes der in den Zylindern gleitenden Kolben, zu vermeiden, ist - wie in Fig. 3 gezeigt - in jedem Steg 8 ein schmaler Hohlraum 5 bzw. ein Wassersteg ausgebildet, der es dem im Wassermantel 4 strömenden Wasser ermöglicht, auch zwischen den Zylinderbohrungen 3 hindurch zu strömen, um auf diese Weise die Zylinderwände 21 in den schmalen Stegbereichen 8 zu kühlen.
Die Breite b der Wasserstege 5 liegt zwischen 0,5 mm und 3 mm. Sie ist damit deutlich kleiner als die Breite B der Stege 8, so dass die Stabilität des Zylinderblocks 1 trotz der schmalen Stege 8 bzw. der kompakten Bauweise des Motors nicht beeinträchtigt wird. Die (nicht näher gezeigte) Höhe der Wasserstege 5 ist den jeweiligen Bauteilbedürfnissen angepasst, damit stets ausreichend Wasser hindurch hindurchströmen kann. Innerhalb der Wasserstege 5 können bei Bedarf Materialbrücken eingebracht sein, welche stabilisierend und/oder wasserlenkend wirken.
Für die Ausbildung des in dem Zylinderblock 1 vorgesehenen Wassermantels 4 wird ein Gießkern 100 verwendet (siehe dazu Fig. 9), der in eine (nicht dargestellte) Gießform eingesetzt wird. Der Gießkern 100 besteht aus einem geeigneten Kernsand, der mit einem Bindemittel versehen ist. Er wird in an sich bekannter Weise in einem (nicht gezeigten) Kernkasten mittels einer (gleichfalls nicht dargestellten) Kernschießmaschine hergestellt.
Für die Ausbildung der zwischen den Zylinderbohrungen 3 ausgebildeten schmalen Wasserstege 5 sind innerhalb des Gießkerns 100 Formeinlagen 10 eingebracht, die exakt in der Mitte der Stege 8 und in geeigneter Höhe positioniert und ausgerichtet sind, so dass nach dem Gießprozess und nach dem Entfernen des Gießkerns 100 und der Formeinlagen 10 innerhalb des Bauteils 1 die gewünschte Hohlraumstruktur 4, 5 ausgebildet ist.
Die Formeinlage 10 hat - wie die Fig. 6 näher zeigt - einen Grundkörper 20, der etwa mittig einen Kontaktbereich 22 zum Gießmetall aufweist. Dieser Kontaktbereich 22 wird beispielsweise durch die Linien 23, 23' begrenzt, d.h. zwischen den Linien 23, 23' steht die Formeinlage 10 nach dem Füllen der Form mit dem Gießmetall in Kontakt. Zu beiden Seiten des Kontaktbereichs 22 zum Gießmetall weist der Grundköper 10 jeweils einen weiteren Kontaktbereich 24 auf, mit denen die Formeinlage 10 in den Gießkern 100 eingebunden wird. Dieser und die Formeinlagen 10 bilden mithin einen Verbundkörper, der als vorgefertigte Einheit in die Gießform eingesetzt werden kann. Bei Bedarf kann der Verbundkörper 100, 10 mit einer Beschichtung versehen sein, beispielsweise einer Kernschlichte.
Damit jede Formeinlage 10 stets zuverlässig in den Gießkern 100 eingebunden ist und damit sich der Sand zu beiden Seiten der Formeinlage verbinden kann, sind in den Kontaktbereichen 24 des Grundkörpers 10 Durchbrüche 30 eingebracht. Diese können - wie in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 6 gezeigt - rund ausgebildet sein. Sie können aber auch eine andere Form haben. Wichtig ist nur, dass die Formeinlagen 10 präzise und zuverlässig in den Gießkern 100 eingebettet sind.
Eine erste Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass jeder Grundkörper 20 der Formeinlagen 10 aus einem faserhaltigen Material gefertigt ist, wobei bevorzugt Pappe oder Karton verwendet wird. Man kann aber auch ein Papier, ein Vlies, einen Vliesstoff oder Filz verwenden.
Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Grundkörper 20 der Formeinlage 10 aus einem garnhaltigen Material besteht, insbesondere einem Gewebe, einem Gestrick oder einem Gewirk, das aus keramischen, Glas- oder Kohlefasern gefertigt worden ist.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Grundkörper 20 aus einem faserhaltigen und einem garnhaltigen Material gefertigt ist, wobei z.B. Pappe mit einem Filz oder einem Gewebe kombiniert werden kann.
Um den Formeinlagen aus dem faser- und/oder garnhaltigen Material die für den jeweiligen Anwendungszweck gewünschte Festigkeit und Standzeit zu verleihen, wird das Material mechanisch, thermisch oder chemisch verfestigt. Insbesondere besteht die Möglichkeit, das Material mit einem Bindemittel zu vermischen oder - im Falle eines Gewebes zu tränken. Ergänzend oder alternativ kann man die Formeinlage auch mit einem hitze- oder feuerfesten Material behandeln oder beschichten.
Der Grundkörper 20 kann einlagig ausgebildet sein. Er kann aber auch aus mehreren Schichten oder Lagen bestehen, die - je nach Anwendungsfall - unterschiedliche Größenabmessungen aufweisen und der Formeinlage 10 die gewünschten Eigenschaften verleiht. Beispielsweise können mehrere Schichten Karton oder Papier verwendet werden, die deckungsgleich übereinander liegen oder in Stufen angeordnet sind und dadurch einer gewünschten Bauteilkontur folgen. Oder man kombiniert verschiedene faser- und/oder garnhaltige Materialien im Verbund, um produktbezogene Eigenschaften optimal realisieren zu können.
Wie Fig. 7 weiter zeigt, kann innerhalb der Formeinlage 10 eine Armierung 40 ausgebildet sein. Hierbei handelt es sich z.B. um ein Gitter aus Metall oder um ein Lochblech. Die Armierung 40 kann den gesamten Grundkörper 20 abdecken oder - wie in Fig. 7 dargestellt - nur einen Teilbereich der Grundkörpers 20. Sie kann aber auch über die Außenkonturen des Grundkörpers 20 hinausragen, um beispielsweise im Gießkern eingebunden zu werden. Auch hierdurch wird die Formeinlage 10 zuverlässig im Gießkern positioniert und fixiert. Denkbar ist ferner, dass die Armierung außen auf der Formeinlage 10 aufgebracht ist.
Um die Formeinlage 10 nach dem Gießprozess aus dem Bauteil 1 herausziehen zu können, ist an dem Grundkörper 20 in der Ausführungsform von Fig. 5 eine Lasche 50 ausgebildet. Diese ragt nach dem Einbringen der Formeinlage 10 in den Gießkern 100 über dessen Oberfläche oder über eine in den Fig. 4 bis 6 als strichpunktierte Linie angedeutete Zylinderkopf-Kontaktfläche 25 hinaus. In der Ausführungsform der Fig. 6 ist zu beiden Seiten des Kontaktbereichs 22 zum Gießmetall je eine Lasche 50 ausgebildet.
Der Grundkörper 20 der Formeinlage kann im Querschnitt rechteckig, konkav oder konvex ausgebildet sein. Die in den Fig. 8 und 9 dargestellte Ausführungsform sieht einen Querschnitt auf, der beidseitig keilförmig ausgebildet ist, so dass der Hohlraum 5 in den Stegen 8 weitestgehend den Konturen der Zylinderbohrungen 3 folgt, was Material spart und die Kühlwirkungen in den Hohlräumen 5 erhöht.
Das Einbinden der Formeinlagen 10 in den Gießkern 100 erfolgt bevorzugt während des Kernschießens in einem Kernformwerkzeug. Hierzu wird die Formeinlage 10 zunächst in der gewünschten Position innerhalb des Kernformwerkzeugs positioniert und bei Bedarf fixiert. Anschließend werden die freistehenden Kontaktbereiche 24 der Formeinlagen 10 beim Füllvorgang des Kernformwerkzeugs vollständig mit Kernsand umgeben. Nach dem Aushärten des Bindemittels sind die Formeinlagen 10 mit dem Gießkern 100 zu einer festen und stabilen Einheit verbunden. Durch die ggf. in den Kontaktbereichen 24 eingebrachten Öffnungen 24 wird das Kernsandvolumen zu beiden Seiten des Grundkörpers 20 der Formeinlage 10 miteinander verbunden. Der Gießkern 100 wird dadurch örtlich nicht geschwächt.
Ein auf diese Weise gefertigter Gießkern 100, bestehend aus Kernsand und den eingeschossenen Formeinlagen 10, wird anschließend mit einer Schlichte überzogen und getrocknet. Der nun zum Gießen fertige Gießkern 100 wird anschließend in eine Gießform eingebracht. Er formt zusammen mit den Formeinlagen 100 den gewünschten Konturenbereich für die Wasserkühlung, mithin den die Zylinderwandungen 2' umgebenden Wassermantel 4 und die in den Zylinderstegen 8 ausgebildeten schmalen Wasserstege 5.
Nach erfolgtem Gießprozess wird der Gussrohling aus der Gießform entnommen und entsandet. Dabei werden die aus Pappe, Karton oder Papier gefertigten Formeinlagen 10 automatisch mit entfernt, weil diese Materialien aufgrund der hohen Temperaturen während des Gießprozesses verkohlt sind. Zusätzliche oder gesonderte Reinigungsarbeiten sind nicht notwendig.
Soweit die Formeinlagen 10 aus Vlies, Vliesstoff, Filz, einem Gewebe, einem Gestrick oder einem Gewirk gefertigt sind, können diese nach dem Gießprozess mit einem einfachen Werkzeug an den Laschen 50 gefasst und aus dem Zylinderkopf 1 entfernt werden.
Nach diesen Arbeitsschritten hinterlässt die Formeinlage 10 einen sauberen, gratfreien Öffnungsquerschnitt für eine optimale Wasserführung innerhalb des Zylinderblocks 1 , bzw. im oberen Zylinderbereich der Brennkraftmaschine.
Von Vorteil hierbei ist, dass die erfindungsgemäßen Formeinlagen 10 aufgrund der Materialwahl nicht nur einfach und kostengünstig gefertigt werden können. Sie ermöglichen insbesondere die Ausbildung von extrem engen bzw. schmalen Ausnehmungen, Kanälen, Hohlräumen und/oder Konturbereichen, die mit herkömmlichen Mitteln nicht ausgebildet werden können. Die Formeinlagen 10 aus faser- und/oder garnhaltigem Material sind ausreichend stabil, um geforderte Abmessungen und Toleranzen exakt einhalten zu können. Bei Bedarf kann das Material aber auch zusätzlich verfestigt werden, beispielsweise mit einem Bindemittel. Gleichzeitig sorgt die Eigenelastizität der verwendeten Materialen dafür, dass die Formeinlagen 10 nicht brechen, selbst wenn Strukturen von unter 1 mm ausgebildet werden. Die Haltbarkeit der Gießkerne 100 ist deutlich erhöht, insbesondere während dem Transport bzw. dem Handling. Die erfindungsgemäßen Formeinlagen 10 ermöglichen mithin die Realisierung von Konstruktionslösungen, die mit bislang bekannten gießereiüblichen Fertigungsmethoden und Materialien nicht zu verwirklichen waren. Ferner wird die Herstellung von Bauteilen mit bereits durch herkömmliche Methoden realisierbaren Querschnitten optimiert, insbesondere wird der durch Kernbruch bedingte Ausschuss deutlich reduziert.
Die Rückstände der Formeinlagen 10 lassen sich sehr leicht entfernen. Das gesamte System stellt damit eine kostengünstige und effektive Lösung dar.
Die Erfindung ist nicht auf eine der vorbeschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern in vielfältiger Weise abwandelbar. So müssen die Formeinlagen 10 nicht zwingend in die Gießkerne 100 eingeschossen werden. Man kann die Grundkörper 20 auch kraft- und oder formschlüssig festlegen, beispielsweise durch Verkleben, Verschweißen oder Verklemmen. Ferner ist die Anwendung der Formeinlagen 10 nicht auf die Ausbildung von engen Wasserstegen 5 zwischen den Zylinderbohrungen 3 eines Zylinderblocks 1 beschränkt. Sie bieten dem Konstrukteur vielmehr die Möglichkeit zur Schaffung enger Konturenbereiche in Bauteilen, die mit bisherigen Formstoffen und Fertigungsanlagen nicht möglich waren.
Die Anwendung der Formeinlagen 10 ist ferner nicht auf Gießkerne 100 beschränkt. Man kann die Formeinlagen 10 auch in Gießformen verwenden, um mit diesen filigrane oder enge Ausnehmungen und Konturbereiche zu gestalten. Die Gießformen können - wie auch die Gießkerne 100, aus Sand gefertigt werden. Man kann aber auch Dauerformen verwenden und die Formeinlagen 10 dort kraft- und formschlüssig einbringen.
Man erkennt, dass eine Formeinlage 10 für einen Gießkern 100 und/oder für eine Gießform für die Herstellung von Bauteilen 1 aus Gießmetall, die mit kleinen und/oder schmalen Hohlräumen 5 zu versehen sind, einen im Querschnitt rechteckigen, konkaven oder konvexen Grundkörper 20 hat, der wenigstens einen Kontaktbereich 22 zum Gießmetall und wenigstens einen Kontaktbereich 24 zum Gießkern 100 und/oder zur Gießform aufweist. Um eine kostengünstige und zuverlässige Ausbildung der kleinen bis sehr kleinen Hohlräume oder Ausnehmungen in den Gussteilen 1 zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass der Grundkörper 20 aus einem faser- und/oder garnhaltigen Material gefertigt ist. Das faserhaltige Material ist bevorzugt Pappe, Karton, Papier, Vlies, Vliesstoff oder Filz, während das garnhaltige Material ein Gewebe, ein Gestrick oder ein Gewirk ist. Das faser- und/oder garnhaltige Material kann ferner mit einem Bindemittel vermischt und/oder getränkt sein. In den Kontaktbereichen 24 zum Gießkern 100 und/oder zur Gießform können Durchbrüche 30 vorgesehen sein. Man kann die Formeinlagen 10 auch ohne jeden Durchbruch 30 ausbilden. Oder man bringt einen oder mehrere (nicht gezeigte) Durchbrüche in den Kontaktbereich des Grundkörpers 20 zum Gießmetall ein, um dort weitere Materialkonturen zu schaffen. Um die Stabilität der Formeinlage 10 zu erhöhen oder um eine bauteilbezogene Kontur zu schaffen, kann der Grundkörper 20 mehrlagig ausgebildet sein, wobei dieser mit einer Armierung 40 versehen sein kann. Wenigstens eine an dem Grundkörper 20 ausgebildete Lasche 50 kann dem Entfernen der Formeinlage 10 aus dem Bauteil 1 dienen.
Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritten, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
Bezugszeichen liste
1 Bauteil 20 Grundkörper
2 Außenwandung 22 Kontaktbereich
2" Zylinderwand 23, 23' Linie
3 Zylinderbohrung 24 Kontaktbereich
4 Hohlraum (Wassermantel) 25 Zylinderkopf-Kontaktfläche
5 Hohlraum (Wassersteg) 30 Durchbruch
6 Ausnehmung 40 Armierung
7 Gewindeloch 50 Lasche
8 Steg 100 Gießkern
10 Kernelement 110 Grundköraer

Claims

Patentansprüche
1. Formeinlage (10) für einen Gießkern (100) und/oder eine Gießform für die Herstellung von Bauteilen (1 ) aus Gießmetall, die mit kleinen und/oder schmalen Hohlräumen (5) zu versehen sind, mit einem Grundkörper (20), der wenigstens einen Kontaktbereich (22) zum Gießmetall und wenigstens einen Kontaktbereich (24) zum Gießkern (100) und/oder zur Gießform aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (20) aus einem faser- und/oder gamhaltigen Material gefertigt ist.
2. Formeinlage nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das faserhaltige Material Pappe, Karton, Papier, Vlies, Vliesstoff oder Filz ist.
3. Formeinlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das garnhaltige Material ein Gewebe, ein Gestrick oder ein Gewirk ist.
4. Formeinlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das faser- und/oder garnhaltige Material aus keramischen, Glas- oder Kohlefasern besteht.
5. Formeinlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das faser- und/oder garnhaltige Material mit einem Bindemittel vermischt und/oder getränkt ist.
6. Formeinlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (20) beschichtet ist.
7. Formeinlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Kontaktbereich (24) zum Gießkern (100) und/oder zur Gießform mit wenigstens einem Durchbruch (30) versehen ist.
8. Formeinlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (20) ein- oder mehrlagig ausgebildet ist.
9. Formeinlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (20) eine Armierung (40) aufweist.
10. Formeinlage nach einem der Ansprüche 1 bis θ, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (20) mit wenigstens einer Lasche (50) versehen ist.
11. Formeinlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (20) im Querschnitt rechteckig, konkav oder konvex ausgebildet ist.
12. Formeinlage nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (20) ein- oder beidseitig im Querschnitt zumindest abschnittsweise konturgeprägt ausgebildet ist.
13. Gießkern (100) für die Herstellung von Bauteilen (1 ) aus Gießmetall, mit einem Grundkörper (110) und mit einer Formeinlage (10) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 11.
14. Gießkern nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Formeinlage (10) kraft und/oder formschlüssig in dem Grundkörper (110) integriert oder eingesetzt ist.
15. Gießkern nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (110) und die Formeinlage (10) einen Verbundkörper bilden.
16. Gießkern nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Formeinlage (10) mit wenigstens einer Lasche (50) versehen ist, die aus dem Grundkörper (110) herausragt.
17. Gießkern nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (110) und die Formeinlage (10) beschichtet sind.
18. Gießform für die Herstellung von Bauteilen (1 ) aus Gießmetall, als Dauerform oder als verlorene Form, mit einer Formeinlage (10) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 12 und/oder mit einem Gießkern nach zumindest einem der Ansprüche 13 bis 17.
19. Verwendung einer Formeinlage (10) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 12 zur Herstellung eines Gießkerns (110) und/oder einer Gießform zum Gießen von Bauteilen (1 ) aus Gießmetall.
20. Verwendung eines Gießkerns (110) und/oder einer Gießform nach zumindest einem der Ansprüche 13 bis 17 mit einer Formeinlage (10) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 12 zur Herstellung eines Bauteils (1 ) aus Gießmetall.
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