DE102006034341A1

DE102006034341A1 - Verfahren zum Herstellen eines gegossenen Bauteils mit einem eingegossenen Rohr

Info

Publication number: DE102006034341A1
Application number: DE102006034341A
Authority: DE
Inventors: Horst Henkel; Michael KLÄS
Original assignee: WINTER FRITZ EISENGIESSEREI; Fritz Winter Eisengiesserei GmbH and Co KG
Current assignee: WINTER FRITZ EISENGIESSEREI; Fritz Winter Eisengiesserei GmbH and Co KG
Priority date: 2006-07-23
Filing date: 2006-07-23
Publication date: 2008-01-31
Also published as: WO2008011863A1; BRPI0714670A2; BRPI0714670B1; DE502007000583D1; ATE427800T1; US8176967B2; US20090233116A1; ES2323097T3; MX2009000630A; EP1919644B1; EP1919644A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines gegossenen Bauteiles 1 einer Brennkraftmaschine mit einem eingegossenen Rohr 3 in einem Gießverfahren mit verlorenen Formen und Dauermodul oder einem Gießverfahren mit Dauerformen, bei welchem eine feste Kernform 4 in einer geteilten Außenform gelagert wird. Um das Problem der Lageveränderung des Rohres während des Gießens des Bauteils 1 zu lösen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass in die Außenform bzw. die Kernform 4 eine gesonderte Rohrhalterung 5 integriert wird. Das Rohr 3 wird in einen Halteabschnitt 6 der Rohrhalterung 5 eingesetzt, der derart ausgebildet wurde, dass er örtlich den Außenumfang 8 des Rohres 3 mindestens teilweise und mit geringem Spiel umgibt, so dass sich das Rohr 3 beim Gießen in Achsrichtung ausdehnen kann, jedoch gegen durch die Auftriebskräfte des flüssigen Gussmaterials bedingte Verschiebungen in radialen Richtungen gesichert ist. Anschließend wird das Bauteil 1 mit dem jeweiligen Verfahren gegossen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines gegossenen Bauteiles einer Brennkraftmaschine mit einem eingegossenen Rohr in einem Gießverfahren mit verlorenen Formen und Dauermodell oder in einem Gießverfahren mit Dauerformen, bei welchem eine feste Kernform in einer geteilten Außenform gelagert wird, sowie ein gegossenes Bauteil einer Brennkraftmaschine mit einem eingegossenen Rohr und eine entsprechende Gießform.
Brennkraftmaschinen sind in Form von Verbrennungsmotoren wesentlicher Bestandteil von Fahrzeugen (z.B. PKW und Nutzfahrzeuge, Schiffe etc.) und kommen auch als stationäre Motore zum Einsatz. Dabei enthalten Brennkraftmaschinen zahlreiche gegossene Bauteile, die mindestens eine Versorgungsleitung (auch Führungskanal genannt) aufweisen, die ein fluides Medium (z.B. Öl, Wasser, Gas oder andere flüssige bzw. gasförmige Medien) zu einer Bedarfstelle im Motor bzw. in angrenzenden Bereichen weiterleitet. Manche Führungskanäle können auch selbst der Kühlung eines Bauteils dienen. Bedarfstellen sind die Orte, an denen das jeweilige Medium benötigt wird, z.B. zu schmierende Lager, zu kühlende Bereiche, Kraftstoffpumpen, Kraftstoffeinspritzdüsen usw.
Eine Versorungsleitung bzw. mehrere Versorgungsleitungen kommt bzw. kommen insbesondere in einem Zylinderkopf, Zylinderkurbelgehäuse bzw. dazu benachbarten Anbauteilen vor. Aufgrund der Vielzahl der in solchen gegossenen Bauteilen unterzubringenden Komponenten (in einem Zylinderkopf z.B. Durchbrüche oder Freisparungen für Zündkerzen, Einspritzdüsen, Ventile, Befestigungsmittel – z.B. Zylinderkopfschrauben –, Versorgungsleitungen, Kühlkanäle, Kühlwasserkammern, Nockenwellenlagerstellen usw.) sind die Platzverhältnisse sehr beengt, weswegen zum Gießen relativ komplexe Gießformen erforderlich sind. Der Verlauf der Versorgungsleitungen richtet sich nach den jeweiligen konstuktiven Gegebenheiten und kann nicht frei gewählt werden.
Versorungsleitungen (z.B. Kraftstoffleitungen und Schmierölleitungen – jweils Zulaufleitungen und Rücklaufleitungen (Leckölleitungen)-) werden in bekannter Weise durch mechanische Bearbeitung auf Werkzeugmaschinen bzw. Transferstraßen eingebracht, d.h. gebohrt. Dazu werden in mehreren aufwändigen, hochpräzise auszuführenden Arbeitsschritten lange (z.T. parallele) Bohrungen und mehrere kürzere Bohrungen, die Abzweigungen zu den einzelnen Bedarfstellen bilden, in das Bauteil gebohrt, was einen erheblichen Arbeits- und damit Kosten- sowie Investitionsaufwand darstellt. Anschließend müssen zahlreiche, nicht benötigte Zugänge dauerhaft und sicher verschlossen werden. Sehr lange, geradlinige Versorungsleitungen, wie die des Hauptölkanales bei einem Zylinderkurbelgehäuse werden heute auch schon vereinzelt gegossen durch Umgießen eines Rohres oder durch Freisparen durch einen entsprechenden Kern.
Ein Nachteil bei nachträglich mechanisch in ein Bauteil eingebrachten oder durch Umgießen von Kernen freigesparten Versorgungsleitungen besteht darin, dass das gegossene Bauteil Gießporositäten aufweist. Wenn derartige Versorgungsleitungen angebohrt werden, um beispielsweise eine Kraftstoffeinspritzdüse anzuschließen, ist es schwierig, flüssigkeitsdichte Übergänge in den Übergangsbereichen herzustellen.
Aus der DE 199 61 092 A1 ist bekannt, in einem gegossenen Zylinderblock bzw. Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors während der Fertigung als Rohre vorgeformte Kühlkanäle mit kleinem Durchmesser einzugießen. Diese führen um Bauelemente wie Zündkerzen oder Kraftstoffeinspritzdüsen herum und bilden ein Kühlsystem für die Flüssigkeitskühlung des Verbrennungsmotors. Die DE 33 00 924 C2 lehrt, zur Wasserkühlung von Stegen zwischen eng und direkt zusammengegossenen Zylindern eines Zylinderblockes einer wassergekühlten Brennkraftmaschine in das die Stege bildende Gußmaterial Rohre einzugießen, die eine Verbindung zwischen den seitlichen Kühlwassermänteln des Zylinderblockes herstellen. Dadurch ergibt sich eine intensive Kühlung der hoch beanspruchten Stegbereiche.
Die DE 103 04 971 B4 offenbart in ein gegossenes Kurbelgehäuse als Rohre eingegossene Schmiermittelkanäle zur Versorgung von Lagerstellen (Nockenwellenlager bzw. Kurbelwellenlager) mit Schmiermittel. Durch das nachträgliche Einbringen einer Hauptölbohrung in das Kurbelgehäuse werden die eingegossenen Rohre geöffnet und somit die Versorgungsleitungen zu den Lagerstellen an die Hauptölbohrung angeschlossen.
In der DE 102 60 837 A1 ist eine als Rohr in einen Zylinderkopf eingegossene Kraftstoffleitung beschrieben. Im Zuge der mechanischen Bearbeitung des Zylinderkopfes wird das Rohr durchbohrt und ein Kraftstoffeinspritzventil in diese Bohrung mittels Dichtelementen eingesetzt.
Gegossene Bauteile mit als Rohren eingegossenen Versorgungsleitungen, die durch mechanische Bearbeitungsmaßnahmen an genau vorgegebenen Stellen geöffnet werden, sind in der Praxis bisher nicht bzw. nicht zufriedenstellend herstellbar. Die Schwierigkeiten, ein gegossenes Bauteil mit einem eingegossenen Rohr herzustellen, gehen darauf zurück, dass das in eine Außenform und/oder in eine Kernform – die Kernform bildet die Innenkontur des Gussstückes und umfasst einen oder mehrere Einzelkerne oder ein zusammengebautes Kernpaket – eingebrachte Rohr aufgrund der starken Aufheizung während des Gießprozesses (bei Gusseisen ca. 800–900°C) durch die Auftriebskräfte des flüssigen Gussmaterials sowie durch die eigene Wärmeausdehnung Belastungen erfährt, die es in seiner montierten Ursprungslage verändern. Das hat zur Folge, dass sich das Rohr in dem gegossenen Bauteil nicht mehr in der vorgegebenen Lage befindet. Dies führt insbesondere dann zu Problemen, wenn das eingegossene Rohr im Zuge einer mechanischen Nachbearbeitung des Gussteiles an exakt vorbestimmten Stellen lokal geöffnet werden soll.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines gegossenen Bauteiles einer Brennkraftmaschine mit einem oder mehreren eingegossenen Rohr(en) bereitzustellen, mit dem das Problem der Lageveränderung des Rohres während des Gießens gelöst wird. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung ein gegossenes Bauteil mit mindestens einem eingegossenen Rohr und eine entsprechende Gießform zu schaffen.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der oben geannten Art erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruches 1.
Durch das Vorsehen mindestens einer gesonderten, in die einfach oder mehrfach geteilte Außenform bzw. die Kernform integrierten Rohrhalterung mit den erfindungsgemäßen Merkmalen gelingt es, in ein Bauteil ein Rohr mit hoher Positionsgenauigkeit einzugießen. Das bedeutet, dass das Rohr trotz der beim Gießen auf das Rohr einwirkenden Kräfte genau die vorgegebene Lage beibehält bzw. sich die Lage nur in vorgegebenen Grenzen ändern kann. Vorteilhafterweise werden mehrere Versorgungsleitungen als Rohre eingegossen.
Die in dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte Rohrhalterung ist ein gesondertes Element, das vor dem Gießen in die Außenform bzw. in die Kernform (in einen Einzelkern oder in ein Kernpaket) integriert wird. Die genaue Anzahl an Rohrhalterungen, die für das lagegenaue Eingießen des Rohres erforderlich ist, hängt von der Art des zu gießenden Bauteiles ab. Bei mehreren Rohrhalterungen können diese ausschließlich in der Außenform oder ausschließlich in der Kernform integriert sein. Auch ist es möglich, mindestens eine Rohrhalterung in die Außenform und mindestens eine Rohrhalterung in die Kernform zu integrierten. Die Rohrhalterung wird dabei fest in der Außenform bzw. in der Kernform verankert. Die im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzte Rohrhalterung weist einen Verankerungsabschnitt zur Verankerung in der Außenform bzw. Kernform und einen Halteabschnitt zur Aufnahme und Lagerung des einzugießenden Rohres auf. Die Rohrhalterung kann auch als "Zentrierelement" bezeichnet werden.
Im Zuge der Kernmontage (d.h. dem Zusammenbau der Gießform) wird das Rohr in den Halteabschnitt der Rohrhalterung eingesetzt. Dadurch dass der Halteabschnitt derart ausgebildet wurde, dass er örtlich den Außenumfang des Rohres mindestens teilweise umgibt, ist das Rohr während des Gießprozesses gegen durch die Auftriebskräfte des flüssigen Gussmaterials bedingte radiale Abweichung von der zentrischen Lage gesichert. Das Rohr wird toleranzgenau gelagert. Der Halteabschnitt kann vorzugsweise eine ösenartige oder bügelartige Form haben. Selbstverständlich sind andere Ausbildungen mit an das Rohr angepassten Konturen möglich. Dadurch, dass zwischen der In nenkontur des Halteabschnittes und dem Außenumfang des Rohres ein geringer Abstand (d.h. ein geringes Spiel) besteht, kann sich das Rohr beim Gießen in seiner Achsrichtung ausdehnen bzw. bewegen, so dass es keine Deformationen erfährt. Das Rohr wird somit während des Eingießens schwimmend gelagert. Der Abstand zwischen der Innenkontur des Halteabschnittes und dem Außenumfang des Rohres hängt von dem jeweiligen Toleranzbereich ab. Vorzugsweise kann er 0,2 mm umlaufend betragen. Er sollte 0,4 mm Spiel nicht überschreiten. Anschließend wird das Bauteil mit dem jeweiligen Verfahren gegossen.
Das Bauteil kann dabei mit unterschiedlichen Gießverfahren gefertigt werden. Gemäß einer ersten vorteilhaften Verfahrensvariante wird das Bauteil in einem Gießverfahren mit verlorener Form und Dauermodell gegossen, z.B. in einem reinen Kernform-Verfahren, einem Kernform- i.V.m. Grünform-Verfahren, Kernform- i.V.m. Kaltharzform-Verfahren usw. Nach einer zweiten vorteilhaften Verfahrensvariante wird das Bauteil in einem Gießverfahren mit Dauerform gegossen, z.B. Kokillen-Guß, Druckguß, Spritzguß usw.
Es ist vorteilhaft, wenn die Rohrhalterung aus einem Material gebildet wurde, das mit dem Gussmaterial des gegossenen Bauteiles verwandt ist, d.h die physikalischen Eigenschaften (insbesondere die Schmelzpunkte) sollten zueinander passen. Wenn die jeweiligen Materialien aufeinander abgestimmt sind, wird dadurch vorteilhaft erreicht, dass die Rohrhalterung beim Gießen des Bauteiles randlich anschmilzt und dadurch eine feste Verbindung mit dem Gussteil entsteht. Bei einem zu gießenden Bauteil aus Gusseisen oder einer Gusseisen-Legierung sollte die Halterung somit ebenfalls vorteilhaft aus Gusseisen, einer Gusseisen-Legierung oder aus Stahl bestehen. Bei einem Bauteil aus Leichtmetall sollte eine Leichtmetall- Halterung, bei einem Bauteil aus Buntmetall bzw. einer Buntmetall-Legierung sollte eine Halterung aus Buntmetall- bzw. einer Buntmetall-Legierung zum Einsatz kommen usw.
Auch das Material des einzugießenden Rohres wird vorteilhafterweise so auf das jeweilige Gussmaterial abgestimmt, dass das Rohr während des Gießens am Umfang anschmilzt. Dadurch wird eine besonders feste Verbindung hergestellt und eine hohe Belastbarkeit des Gussteiles erreicht.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Rohrhalterung ein plattenartiges Element in die Außenform bzw. in die Kernform integriert. "Plattenartig" bedeutet dabei, dass es sich um ein flaches Element handelt, das auf zwei gegenüberliegenden Seiten von je einer im Verhältnis zur Dicke ausgedehnten im wesentlichen ebenen Fläche begrenzt ist. Eine derartige Rohrhalterung lässt sich auf unaufwändige Weise in großer Stückzahl aus einem Metallblech fertigen, z.B. herausschneiden. Weitere Vorteile einer plattenartigen Rohrhalterung sind, dass sie vom Kernwerkzeug gut aufgenommen und bei der Kernfertigung bzw. Formfertigung gut integriert werden kann. Selbstverständlich könnte die Rohrhalterung auch anders ausgebildet sein, z.B. ein in Schweißkonstruktion oder Gusskonstruktion gefertigter Körper.
Vorteilhaft ist es, wenn der Verankerungsabschnitt der Rohrhalterung direkt bei der Herstellung der Außenform bzw. der Kernform in die Außenform bzw. Kernform eingebracht wird (z.B. eingeschossen wird), da dadurch eine feste, spielfreie Verankerung erzeugt wird. Ein nachträgliches Einbringen der Rohrhalterung in die Außenform bzw. Kernform ist ebenfalls möglich, aber aufwändiger. Die Rohrhalterung wird in der Außenform bzw. in der Kernform bei der Herstellung der Außenform bzw. Kernform vorteilhafterweise dreidimensional lagegenau positioniert. Dafür weist die Rohrhalterung mindestens eine Anlage (z.B. eine umlaufende Anlage), vorzugsweise mehrere Anlagen, Anlagestellen, Anlagefläche oder dergleichen, auf.
Um die Stabilität der Kernform bzw. der Außenform nicht durch das Einbringen der Rohrhalterung zu schwächen, ist an der Rohrhalterung vorteilhafterweise mindestens eine Ausnehmung ausgebildet worden. Die Kernformfestigkeit bleibt somit trotz eingebrachter Rohrhalterung erhalten.
In einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden nach dem Gießen des Bauteiles nicht eingegossene Teile der Rohrhalterung entfernt. Hierfür ist es vorteilhaft, wenn eine Rohrhalterung eingegossen wird, die in mindestens einem vorgegebenen Bereich bzw. mindestens einer definierten Stelle mindestens eine Sollbruchstelle aufweist. Dabei kann es sich beispielsweise um eine örtlich eingeprägte Einkerbung handeln. Durch diese einfache Maßnahme können nach dem Gießen des Bauteiles im Rahmen von Putzbearbeitung nicht eingegossene Bereiche der Rohrhalterung, wobei es sich insbesondere um die während des Gießens in der Form befindlichen Verankerungsabschnitte handelt, unaufwändig aus dem Bauteil herausgetrennt werden.
Je nach Konstruktion der zu gießenden Bauteile und dem dazu entsprechenden Formaufbau, d.h. der Außenform, und dem erforderlichen Kernaufbau, d.h. der Innenform, sind die Rohrhalterungen in ihrer Ausführung unterschiedlich und den jeweiligen Bedürfnissen angepasst. Wenn beispielsweise gemäß einer vorteilhaften Variante mehrere Rohre eingegossen und während des Gießens positionsgenau gelagert werden sollen, kann vorteil haft eine Rohrhalterung mit mehreren entsprechenden Halteabschnitten eingesetzt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das eingegossene Rohr im Zuge der mechanischen Bearbeitung des gegossenen Bauteiles an einer vorgegebenen Stelle geöffnet, d.h. durchtrennt oder – was vorteilhaft realisierbar ist – randlich angeschnitten. Für derartige Ausführungen ist das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren besonders gut geeignet. Die erfindungsgemäße Verwendung einer erfindungsgemäßen Rohrhalterung bzw. mehrerer erfindungsgemäßer Rohrhalterungen ermöglicht erstmals mit einer unaufwändigen Maßnahme das exakte, positionsgenaue Eingießen von Rohren in ein gegossenes Bauteil. Trotz der auf das Rohr beim Eingießen einwirkenden Kräfte befindet sich das eingegossene Rohr in dem gegossenen Bauteil genau in der Lage, in der es für die anschließende mechanische Bearbeitung benötigt wird. Aufgrund der erfindungsgemäß erzielten Positionsgenauigkeit des eingegossenen Rohres ist es vorteilhaft erstmals möglich, im Zuge einer mechanischen Bearbeitung das eingegossene Rohr gezielt lediglich randlich anzuschneiden. Je nach gegossenem Bauteil kann es sich bei der mechanischen Bearbeitung beispielsweise um das Einbringen einer Hauptölbohrung, das Einbringen einer Bohrung für Einspritzdüsen bzw. Einsteckpumpen etc. handeln. Die in dem Schnittbereich der mechanischen Bearbeitung zu dem eingegossenen Rohr erforderliche sehr hohe Positionsgenauigkeit wird durch das erfindungsgemäße Verfahren erreicht.
Vorteilhafterweise kann in dem Verfahren ein Zylinderkopf, ein Kurbelgehäuse oder ein Anbauteil des Kurbelgehäuses, insbesondere ein Getriebegehäuse, ein Rädergehäuse, eine Ölwanne oder dergleichen, gegossen werden, wobei mindestens ein Rohr als Kraftstoffleitung, Schmiermittelleitung oder als Versorgungsleitung für ein anderes fluides Medium eingegossen wird. Die genannten Bauteile müssen eine Vielzahl unterschiedlicher Versorgungsleitungen aufweisen. Lagegenau eingegossene Rohre, die teilweise an vorgegebenen Stellen mechanisch geöffnet (durchtrennt bzw. angeschnitten) werden, bieten hier somit viele Vorteile. In einer vorteilhaften Weiterbildung werden hierfür je nach Bedarf in Kernformen bzw. in Einzelkerne, die jeweils eine Ausnehmung freisparen (beispielsweise in Pumpenkerne, Düsenkerne, Kanalkerne, Wassermantelkerne, Kurbelraumkerne, Bohrungskerne usw.) Rohrhalterungen mit jeweils einem oder mehreren Halteabschnitt(en) integriert. Ein Rohr oder mehrere Rohre wird/werden in die Halteabschnitte eingesetzt, und nach dem Gießen des Bauteiles werden nicht eingegossene Bereiche der Rohrhalterungen entfernt. Im Zuge einer mechanischen Bearbeitung des Bauteiles werden die Rohre – falls erforderlich – in den Bereichen der freigesparten Ausnehmungen oder an anderen Stellen mechanisch geöffnet.
Die oben genannte Aufgabe wird ferner gelöst durch ein gegossenes Bauteil einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruches 13.
Das gemäß der Erfindung ausgebildete gegossene Bauteil einer Brennkraftmaschine zeichnet sich dadurch aus, dass es einen eingegossenen Halteabschnitt einer Rohrhalterung oder einen Teil davon aufweist, der örtlich an dem Außenumfang des eingegossenen Rohres angeordnet ist. Dabei hatte die in die Außenform bzw. in die Kernform integriert gewesene Rohrhalterung während des Gießens des Bauteiles dazu gedient, das Rohr derart zu lagern, dass es sich in Achsrichtung ausdehnen konnte, jedoch in radialen Richtungen gegen durch die Auftriebskräfte des flüssigen Gussmaterials bedingte Verschiebungen gesichert war. Das erfindungsgemäße gegossene Bauteil weist somit ein positionsgenau eingegossenes Rohr auf, was beispielsweise Voraussetzung ist, wenn das Rohr im Zuge einer mechnischen Bearbeitung an einer genau vorgegebenen Stelle gezielt geöffnet werden soll oder an einer vorgegebenen Stelle eben nicht durch eine eingebrachte Bohrung getroffen werden soll.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführung handelt es sich bei dem eingegossenen Rohr um eine Kraftstoffleitung. Auch eine als Rohr eingegossene Schmiermittelleitung oder eine Leitung für ein anderes fluides Medium ist vorteilhaft realisierbar. Bei dem gegossenen Bauteil kann es sich vorteilhaft um einen Zylinderkopf handeln. Aufgrund der eingangs beschriebenen engen Platzverhältnisse in einem derartigen Bauteil bietet sich die erfindungsgemäße Lösung hier an. Alternativ kann es sich bei dem gegossenen Bauteil vorteilhaft um ein Kurbelgehäuse oder um ein Anbauteil des Kurbelgehäuses, insbesondere um ein Getriebegehäuse, ein Rädergehäuse, eine Ölwanne oder dergleichen, handeln.
Darüber hinaus wird die eingangs genannte Aufgabe gelöst durch eine Gießform mit den Merkmalen des Anspruches 17.
Vorteilhafte Ausführungen der Gießform sind in den Unteransprüchen angegeben. Die einzelnen Merkmale und Vorteile der im Rahmen der Erfindung eingesetzten Rohrhalterung wurden bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird diesbezüglich auf die entsprechenden obigen Ausführungen verwiesen.
In den Zeichnungen sind gegossene Bauteile und Rohrhalterungen zur Verdeutlichung der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:
1 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäß gegossenen Zylinderkopf mit einer ersten Ausführung einer erfindungsgemäßen Rohrhalterung,
2 die Rohrhalterung aus 1,
3 eine zweite Ausführung einer erfindungsgemäßen Rohrhalterung,
3a ein Detail aus 3,
4 einen ausschnittsweisen Querschnitt durch ein erfindungsgemäß gegossenes Kurbelgehäuse mit einer dritten Ausführung einer erfindungsgemäßen Rohrhalterung und
5 die Rohrhalterung aus 4.
1 ist eine schematische Darstellung und zeigt unterschiedliche Stadien bei der erfindungsgemäßen Herstellung eines erfindungsgemäßen gegossenen Bauteiles 1 einer Brennkraftmaschine mit einem eingegossenen Rohr 3 als Versorgungsleitung. Bei dem dargestellten, bereits mechanisch bearbeiteten Bauteil handelt es sich exemplarisch um einen Zylinderkopf 2, der in einem Gießverfahren mit verlorenen Formen und Dauermodell oder einem Gießverfahren mit Dauerformen, bei welchem jeweils eine feste Kernform 4 in einer geteilten Außenform gelagert wird, hergestellt wurde. Bei der dargestellten Versorgungsleitung handelt es sich in diesem Beispiel um eine Kraftstoffleitung.
Das Rohr 3 wurde mittels einer erfingungsgemäßen Rohrhalterung 5, die in 2 separat dargestellt ist, positionsgenau in dem Zylinderkopf 2 eingegossen. Dafür wurde vor dem Gießen in eine Kernform 4 (hier in einen Einzelkern, der eine Ausnehmung für eine Einspritzdüse freispart) die Rohrhalterung 5 integriert. Bei dem als Ausführungsbeispiel dargestellten Zylinderkopf 2 wurde in mehrere Kernformen 5, die jeweils eine Ein spritzdüsen-Ausnehmung freisparen, jeweils eine Rohrhalterung 5 integriert. Das einzugießende Rohr 3 wurde in Halteabschnitte 6 der Rohrhalterungen 5, deren Ausbildung und Funktion weiter unten beschrieben wird, im Zuge der Kernmontage eingesetzt. Nach dem Zusammenbau der Kernformen 4 zur kompletten Innenform, die die Innenkontur des Bauteiles 1 bildet, und der Montage der Innenform in die jeweilige einfach oder mehrfach geteilte Außenform, die die Außenkontur des Bauteiles bildet, wurde der Zylinderkopf 2 mit dem jeweiligen Verfahren gegossen.
Die in den 1 und 2 dargestellte Rohrhalterung 5 ist in diesem Ausführungsbeisiel als plattenartiges Element 5a ausgebildet und wurde beispielsweise aus einem Stahlblech gefertigt. Sie weist einen Verankerungsabschnitt 7, der in der in 1 zu erkennenden Kernform 4 spielfrei verankert ist, und einen Halteabschnitt 6 zur Aufnahme des einzugießenden Rohres 3 auf. Der Halteabschnitt 6 ist derart ausgebildet, dass er – wie in 2 zu erkennen ist – örtlich den Außenumfang 8 des Rohres 3 mindestens teilweise und mit geringem Spiel (hier umlaufend vorzugsweise 0,2 mm) umgibt. Dadurch wird erreicht, dass sich das Rohr 3 beim Gießen in Achsrichtung ausdehnen kann, jedoch gegen durch die Auftriebskräfte des flüssigen Gussmaterials bedingte Verschiebungen in radialen Richtungen gesichert ist. Der Halteabschnitt 6 ist hier vorteilhaft bügelartig ausgebildet und umfasst zur Sicherung des Rohres nach innen eine Rohranlagestelle 9.
Bei der in den 1 und 2 dargestellten Ausführung wurde die Rohrhalterung 5, und zwar der Verankerungsabschnitt 7, direkt bei der Herstellung der Kernform 4 in diese eingebracht (z.B. in den Kern eingeschossen). Um die Rohrhalterung 5 in dem Kernwerkzeug bei der Herstellung der Kernform 4 dreidimensi onal in der erforderlichen Stellung zu halten und damit positionsgenau in die Kernform 4 einzubringen, weist der Verankerungsabschnitt 7 eine Anlage 10, vorteilhafterweise mindestens zwei Anlagen 10 (Anlagestellen, Anlageflächen etc.), auf. Um die Anzahl an Anlagen 10 und damit den Aufwand für eine exakte Positionierung gering zu halten, bildet der Halteabschnitt 6 der Rohrhalterung 5 hier vorteilhafterweise eine Zentrierstelle 11, indem beispielsweise in dem Kernwerkzeug ein Dorn in den Halteabschnitt 6 eingreift. Durch die Anlagen 10 und die Zentrierstelle 11 wird die Rohrhalterung 5 positionsgenau in die Kernform 4 eingebracht, was dafür sorgt, dass das Rohr positionsgenau in das Bauteil eingegossen werden kann. Die räumlichen Parameter für das Rohr im späteren Gussstück sind auf diese Weise im Vorfeld genau vorgegeben.
Um die Kernform 4 durch den eingebrachten Verankerungsabschnitt 7 nicht zu schwächen, d.h. ein Auseinanderfallen der Kernform 4 zu verhindern, weist die Rohrhaltung 5 mindestens eine Freisparung 12 auf. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind drei derartige Freisparungen 12 in dem Verankerungsabschnitt 7 ausgebildet.
Nach dem Gießen des Bauteiles 1 und Entsanden des Rohgussstückes werden im Rahmen von Putzmaßnahmen nicht eingegossene Bereiche der Rohrhalterung 5, insbesondere die in die Kernform 4 integriert gewesenen Verankerungsabschnitte 7, entfernt. Es verbleiben somit nur die in das Gussstück eingegossenen Bereiche der Rohrhalterung 5 (insbesondere Teile der Halteabschnitte 6) in dem gegossenen Bauteil 1. An den eingegossenen Halteabschnitten 6 bzw. deren Teilen, die am Außenumfang 8 des Rohres 3 angeordnet sind, ist zu erkennen, dass das gegossene Bauteil 1 mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde.
In 1 ist zu erkennen, dass das positionsgenau in den Zylinderkopf 2 eingegossene Rohr 3 (die Kraftstoffleitung) im Zuge der mechanischen Bearbeitung des gegossenen Bauteiles 1 an einer vorgegebenen Stelle geöffnet wird. Und zwar wird das Rohr beim Einbringen der abgestuften Einspritzdüsen-Bohrung 13 randlich angeschnitten. – Ferner sind in dem Bauteil 1 weitere durch Kerne gebildete Hohlräume 14 und nachträglich eingebrachte Bohrungen 15, von denen einige exemplarisch mit Bezugszeichen versehen sind, zu erkennen.
Der Durchmesser der Einspritzdüsen-Bohrung 13 im Bereich des eingegossenen Rohres 3 ist in 2 mit D angegeben. Hier ist nochmals vergrößert zu erkennen, wie das Rohr 3 für die Versorgung einer später in die Einspritzdüsen-Bohrung 13 eingesetzten Einspritzdüse tangential geöffnet wird.
Vorstehend wurde exemplarisch das positionsgenaue Eingießen einer Kraftstoffleitung als Rohr in einen Zylinderkopf erläutert. Mit der dargestellten oder einer entsprechend abgewandelten Rohrhalterung lassen sich selbstverständlich auch andere Versorgungsleitungen (z.B. für Schmiermittel, Wasser oder ein anderes fluides Medium) in einen Zylinderkopf oder in ein anderes gegossenes Bauteil einer Brennkraftmaschine (z.B. Kurbelgehäuse, Rädergehäuse, Getriebegehäuse etc.) eingießen.
Die 3 zeigt eine zweite Ausführung einer erfindungsgemäßen Rohrhalterung 5. Gleiche Merkmale sind mit denselben Bezugszeichen wie in 2 bezeichnet. Die Rohrhalterung 5 weist mehrere Halteabschnitte 6 (exemplarisch dargestellt sind hier 3 Halteabschnitte, selbstverständlich sind auch andere Anzahlen möglich) auf, so dass mit einer solchen in eine Kernform 3 oder eine Außenform eingebrachten Rohrhalterung 5 mehrere Rohre 3 während des Gießens des Bauteiles 1 positionsgenau gelagert werden können. Die Rohrhalterung 5 weist mehrere Anlagen 10 auf. Ein Halteabschnitt 6 ist eine Zentrierstelle 11 der Halterung 5 während des Einbringens in die Kernform 4.
Die Rohrhalterung 5 in 3 weist Sollbruchstellen 16 auf. Durch diese Maßnahme ist es möglich, auf unaufwändige Weise nach dem Gießen und Entsanden des Bauteiles 1 den nicht eingegossenen Teil der Rohrhalterung 5 aus der durch die Kernform 4 erzeugten Aussparung zu entfernen. Das Prinzip einer Sollbruchstelle ist in 3a dargestellt, und zwar handelt es sich beispielsweise um eine lokal in die Rohrhalterung 5 in einem vorgegebenen Bereich eingeprägte Einkerbung 16a. Durch Biegen kann die Rohrhalterung 5 an diesen Stellen abgebrochen werden. Selbstverständlich sind auch andere Arten einer Sollbruchstelle möglich.
In den 4 und 5 wird ein zweites Ausführungsbeispiel eines mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gegossenen erfindungsgemäßen Bauteiles 1 für eine Brennkraftmaschine mit mehreren positionsgenau eingegossenen Rohren 3 als Versorgungsleitungen dargestellt. Es handelt sich hier um einen Ausschnitt aus einem gegossenen Kurbelgehäuse 17.
Die vier zu erkennenden Rohre 3 wurden mittels einer erfindungsgemäßen Rohrhalterung 5, die in 5 separat dargestellt ist, positionsgenau in das Kurbelgehäuse 17 eingegossen. Dafür wurde vor dem Gießen in eine Kernform 4 (hier in einen Einzelkern, der eine Ausnehmung für eine Kraftstoffpumpe freispart) die Rohrhalterung 5 integriert. Bei der Herstellung des Kurbelgehäuses wurde in mehrere Kernformen 4, die jeweils eine Kraftstoffpumpen-Aussparung freisparen, jeweils eine Rohrhalterung 5 integriert. Die einzugießenden Rohre 3 wurden in die Halteabschnitte 6 der Rohrhalterungen 5, deren Ausbildung und Funktion weiter unten beschrieben wird, im Zuge der Kernmontage eingesetzt. Nach dem Zusammenbau der Kernformen 4 zur kompletten Innenform, die die Innenkontur des Bauteiles 1 bildet, und der Montage der Innenform in die jeweilige einfach oder mehrfach geteilte Außenform, die die Außenkontur des Bauteiles bildet, wurde das Kurbelgehäuse 17 mit dem jeweiligen Verfahren gegossen.
Die in den 4 und 5 dargestellte Rohrhalterung 5 ist in diesem Ausführungsbeisiel als plattenartiges Element 5a ausgebildet und wurde beispielsweise aus einem Stahlblech gefertigt. Sie weist hier stegartige Verankerungsabschnitte 7, die in der in 4 zu erkennenden Kernform 4 spielfrei verankert sind, und vier Halteabschnitt 6 zur Aufnahme der einzugießenden Rohre 3 auf. Die Halteabschnitte 6 sind derart ausgebildet, dass sie – wie in 5 zu erkennen ist – örtlich den Außenumfang 8 des jeweiligen Rohres 3 hier vollständig und mit geringem Spiel (hier umlaufend vorzugsweise 0,2 mm) umgeben. Dadurch wird erreicht, dass sich die Rohre 3 beim Gießen in Achsrichtung ausdehnen können, jedoch gegen durch die Auftriebskräfte des flüssigen Gussmaterials bedingte Verschiebungen in radialen Richtungen gesichert sind. Die Halteabschnitte 6 sind hier vorteilhaft ringartig ausgebildet. Selbstverständlich sind andere Anzahlen, Ausbildungen und Anorndungen von Halteabschnitten an der Rohrhalterung möglich, z.B. Bereiche, in denen der Halteabschnitt ein Rohr nicht vollständig umgibt.
Mittels der beispielhaft dargestellten Anlagen 10 und der Zentrierstelle 11 wurde die Rohrhalterung 5 positionsgenau in die Kernform 4 eingebracht.
In dem Ausführungsbeispiel ist das von der Kernform 4 umgebene Rohr 3a eine Kraftstoffleitung. Im Zuge der mechanischen Bearbeitung werden nach dem Gießen und Entsanden des gegossenen Bauteiles 1 die nicht eingegossenen Bereiche der Rohrhaltung 5 entfernt. Hier werden z.B. bei der Bearbeitung der durch die Kernform 4 freigesparten Kraftstoffpumpen-Ausnehmung beim Einbringen der Pumpenbohrung 19 die Verankerungsabschnitte 7 und der Halteabschnitt 6 des zentralen Rohres 3a entfernt und dabei das Rohr 3a durchtrennt. Das eingegossene Rohr 3b bildet z.B. eine Kraftstoffrücklaufleitung. Bei dem eingegossenen Rohr 3c kann es sich um eine Schmiermittelleitung handeln. Das untere Rohr 3d, das hier durch eine mechanisch eingebrachte Bohrung 18 seitlich angeschnitten wurde, kann Schmiermittel leiten und eine Anschlussstelle für die Schmiermittelversorgung zu einem Anbauteil des Kurbelgehäuses 17 bilden.
Anhand der 4 und 5 wurde vorstehend exemplarisch das positionsgenaue Eingießen von Versorgungsleitungen als Rohre in ein Kurbelgehäuse beschrieben. Mit der dargestellten oder einer entsprechend abgewandelten Rohrhalterung lassen sich selbstverständlich auch andere mit einem fluiden Medium belegte Versorgungsleitungen in ein Kurbelgehäuse oder in ein anderes gegossenes Bauteil einer Brennkraftmaschine (z.B. Kurbelgehäuse, Rädergehäuse, Getriebegehäuse etc.) eingießen. In welchen Kernform-Typ oder an welchen Stellen der Außenform die jeweilige Rohrhalterung dabei eingebracht wird, hängt von dem zu gießenden Bauteil und den konstruktiven Gegebenheiten ab. Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich auch auf gegossene Bauteile übertragen, die nicht im Rahmen einer Brennkraftmaschine stehen, z.B. auf gegossene Bauteile, die in der Installationstechnik zum Einsatz kommen.

1: gegossenes Bauteil
2: Zylinderkopf
3: Rohr
3a: Rohr
3b: Rohr
3c: Rohr
3d: Rohr
4: Kernform
5: Rohrhalterung
5a: plattenartige Rohrhalterung
6: Halteabschnitt von 5
7: Verankerungsabschnitt von 5
8: Außenumfang von 3
9: Rohranlagestelle
10: Anlage
11: Zentrierstelle
12: Freisparung
13: Einspritzdüsen-Bohrung
14: Hohlraum
15: Bohrung
16: Sollbruchstelle
16a: Einkerbung
17: Kurbelgehäuse
18: Bohrung
19: Pumpenbohrung
D: Durchmesser

Claims

Verfahren zum Herstellen eines gegossenen Bauteiles (1) einer Brennkraftmaschine mit einem eingegossenen Rohr (3) in einem Gießverfahren mit verlorenen Formen und Dauermodell oder einem Gießverfahren mit Dauerformen, bei welchem eine feste Kernform (4) in einer geteilten Außenform gelagert wird, dadurch gekennzeichnet, dass in die Außenform bzw. die Kernform (4) eine gesonderte Rohrhalterung (5) integriert wird, dass das Rohr (3) in einen Halteabschnitt (6) der Rohrhalterung (5) eingesetzt wird, der derart ausgebildet wurde, dass er örtlich den Außenumfang (8) des Rohres (3) mindestens teilweise und mit geringem Spiel umgibt, so dass sich das Rohr (3) beim Gießen in Achsrichtung ausdehnen kann, jedoch gegen durch die Auftriebskräfte des flüssigen Gussmaterials bedingte Verschiebungen in radialen Richtungen gesichert ist, und dass das Bauteil (1) mit dem jeweiligen Verfahren gegossen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrhalterung (5) aus einem Material besteht, das mit dem Gußmaterial des gegossenen Bauteiles (1) verwandt ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Rohrhalterung (5) ein plattenartiges Element (5a) in die Außenform bzw. die Kernform (4) integriert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verankerungsabschnitt (7) der Rohrhalterung (5) direkt bei der Herstellung der Außenform bzw. der Kernform (4) in die Außenform bzw. die Kernform (4) eingebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrhalterung (5) in der Außenform bzw. in der Kernform (4) lagegenau positioniert wird mit Hilfe von mindestens einer Anlage (10), die an der Rohrhalterung (5) vorgesehen wurde.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Rohrhalterung (5) eine Freisparung (12) ausgebildet worden ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Gießen nicht eingegossene Bereiche der Rohrhalterung (5) entfernt werden.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass an der Rohrhalterung (5) in einem vorgegebenen Bereich eine Sollbruchstelle (16) vorgesehen worden ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere einzugießenden Rohre (3, 3a, 3b, 3c, 3d) während des Gießens positionsgenau gelagert werden mittels derselben Rohrhalterung (5), wozu diese mehrere Halteabschnitte (6) aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das eingegossene Rohr (3) im Zuge der mechanischen Bearbeitung des gegossenen Bauteiles (1) an einer vorgegebenen Stelle geöffnet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zylinderkopf (1), ein Kurbelgehäuse (17) oder ein Anbauteil des Kurbelgehäuses, insbesondere ein Getriebegehäuse, ein Rädergehäuse, eine Ölwanne oder dergleichen, gegossen wird und dass mindestens ein Rohr (3) als Kraftstoffleitung, Schmiermittelleitung oder als Versorgungsleitung für ein anderes fluides Medium eingegossen wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in Kernformen (4) bzw. in Einzelkerne, die jeweils eine Ausnehmung in dem Bauteil (1) freisparen, Rohrhalterungen (5) mit jeweils einem oder mehreren Halteabschnitt(en) (6) integriert werden, dass ein Rohr (3) oder mehrere Rohre (3) in die Halteabschnitte (6) eingesetzt wird/werden, dass nach dem Gießen des Bauteiles (1) nicht eingegossene Bereiche der Rohrhalterungen (5) entfernt werden und dass im Zuge einer mechanischen Bearbeitung des Bauteiles (1) die Rohre (3) – falls erforderlich – in den Bereichen der freigesparten Ausnehmungen oder in anderen Bereichen mechanisch geöffnet werden.
Gegossenes Bauteil einer Brennkraftmaschine mit einem eingegossenen Rohr (3), wobei das Bauteil (1) hergestellt ist in einem Gießverfahren mit verlorenen Formen und Dauermodell oder in einem Gießverfahren mit Dauerformen, bei welchem eine feste Kernform (4) in einer geteilten Außenform gelagert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das gegossene Bauteil (1) einen eingegossenen Halteabschnitt (6) einer Rohrhalterung (5) oder einen Teil davon aufweist, der örtlich an dem Außenumfang (8) des eingegossenen Rohres (3) angeordnet ist, wobei die in die Außenform bzw. in die Kernform (4) integriert gewesene Rohrhalterung (5) während des Gießens des Bauteiles (1) dazu gedient hatte, das Rohr (3) derart zu lagern, dass es sich in Achsrichtung ausdehnen konnte, jedoch in radialen Richtungen gegen durch die Auftriebskräfte des flüssigen Gussmaterials bedingte Verschiebungen gesichert war.
Gegossenes Bauteil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das eingegossene Rohr (3) eine Kraftstoffleitung, eine Schmiermittelleitung oder eine Leitung für ein anderes fluides Medium ist.
Gegossenes Bauteil nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem gegossenen Bauteil um einen Zylinderkopf (1) handelt.
Gegossenes Bauteil nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Bauteil um ein Kurbelgehäuse (17) oder um ein Anbauteil des Kurbelgehäuses, insbesondere um ein Getriebegehäuse, ein Rädergehäuse, eine Ölwanne oder dergleichen, handelt.
Gießform mit einer die Außenkontur des zu gießenden Bauteiles (1) bildenden geteilten Außenform, in die eine Kernform (4) zur Formgebung der Innenkontur des Bauteiles (1) eingebaut ist, dadurch gekennzeichnet, dass in die Außenform bzw. in die Kernform (4) ein Verankerungsabschnitt (7) einer Rohrhalterung (5) integriert ist und die Rohrhalterung (5) einen Halteabschnitt (6) zur Aufnahme und positionsgenauen Lagerung eines einzugießenden Rohres (3) während des Gießens aufweist, wobei der Halteabschnitt (6) derart ausgebildet ist, dass er örtlich den Außenumfang (8) des eingesetzten Rohres (3) mindestens teilweise und mit geringem Spiel umgibt.
Gießform nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrhalterung (5) aus einem Material besteht, das mit dem Gussmaterial des gegossenen Bauteiles (1) verwandt ist.
Gießform nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Rohrhalterung (5) um ein plattenartiges Element (5a) handelt.
Gießform nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrhalterung (5) mindestens eine Anlage (10) zur genauen Positionierung der Rohrhalterung (5) in der Kernform (4) bzw. in der Außenform aufweist.
Gießform nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrhalterung (5) am Verankerungsabschnitt (7) mindestens eine Aussparung (12) aufweist.
Gießform nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrhalterung (5) in einem vorgegebenen Bereich eine Sollbruchstelle (16) aufweist.
Gießform nach einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrhalterung (5) mehrere Halteabschnitte (6) aufweist.