DE19925512B4

DE19925512B4 - Gießform

Info

Publication number: DE19925512B4
Application number: DE1999125512
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl.-Ing. Lellig; Peter Dipl.-Chem. Brix
Original assignee: Nemak Dillingen GmbH
Current assignee: Nemak Dillingen GmbH
Priority date: 1999-06-02
Filing date: 1999-06-02
Publication date: 2009-02-05
Anticipated expiration: 2019-06-03
Also published as: DE19925512A1

Abstract

Gießform für einen Motorblock, mit einem Sandgießformteil (2), das einen Kühlmantel abbildet und zwei Sandgießformteile (7, 8) umfasst, die so angeordnet sind, dass sie zueinander gegenüberliegend im Bereich des zwischen zwei Zylinderausnehmungen (6) der Gießform vorhandenen Freiraums positioniert sind, wobei sich durch den Freiraum zwischen den Sandgießformteilen (7, 8) ein einen Kühlkanal des zu gießenden Motorblocks abbildender, als länglicher Strang geformter Gießkern (9) erstreckt, der mit seinen Enden in den Gießformteilen (7, 8) gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Gießkern (9) aus einem Glas besteht und dass die Ausdehnungskoeffizienten von Glas- und Gussmaterial zur Förderung des Glasbruchs durch Schrumpfung des Gussmaterials aufeinander abgestimmt sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Gießform für einen Motorblock, mit einem Sandgießformteil, das einen Kühlmantel abbildet und zwei Sandgießformteile umfasst, die so angeordnet sind, dass sie zueinander gegenüberliegend im Bereich des zwischen zwei Zylinderausnehmungen der Gießform vorhandenen Freiraums positioniert sind, wobei sich durch den Freiraum zwischen den Sandgießformteilen ein einen Kühlkanal des zu gießenden Motorblocks abbildender, als länglicher Strang geformter Gießkern erstreckt, der mit seinen Enden in den Gießformteilen gehalten ist.
Eine derartige Gießform ist beispielsweise aus der EP 0 197 365 A2 bekannt, die als Material für die Kanalkerne Zirkonsand vorgeschlägt, weil dieser Sand eine hohe Schüttdichte und damit eine große Festigkeit besitzt.
Den durch Gießen z. B. mit Sandgießformen herstellbaren Werkstückgeometrien sind unter anderem in Bezug auf die Feinheit von Details Grenzen gesetzt. Insbesondere erfordert die Herstellung enger Kanäle in Gußstücken aufwendige Abstützungen der zur Bildung der Durchgänge verwendeten Sandkerne.
Durch die vorliegende Erfindung wird eine neue Gießform geschaffen, die einen Glaskern enthält, wobei sich dieser erfindungsgemäß in der Gießform verwendete Glaskern zur Entformung eines hergestellten Gußstücks ausbrechen läßt. Die Ausdehnungskoeffizienten von Glas- und Gußmaterial sind dabei zur Förderung und ggf. Auslösung des Glasbruchs durch Schrumpfung des Gußmaterials aufeinander abgestimmt.
Vorteilhaft können mit Hilfe solcher Glaskerne in Gußstücken ohne Kernabstützungen enge und insbesondere gebogene Kanäle in einer Weite von z. B. 1 mm und weniger hergestellt werden.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Glaskern eine die Entformbarkeit durch Bruch des Glases fördernde Struktur oder/und Glasart aufweist und insbesondere einen Hohlkörper umfasst.
Ein durch einen Hohlkörper gebildeter Glaskern läßt sich leicht aus dem Gußstück ausbrechen. Alternativ könnte der hohle Glaskern unter Bildung eines durch Glas ausgekleideten Kanals im Gußstück verbleiben. Bei Verwendung von Vollglas erleichtert die erfindungsgemäß den Glasbruch fördernde Struktur bzw. Glassorte die Entformung.
Bei der den Glasbruch fördernden, durch geeignete Vorbehandlung erzeugbaren Struktur des Glaskerns kann es sich um eine Form- oder/und Spannungsstruktur handeln, welche z. B. bewirkt, daß der Glaskern ähnlich Sicherheitsglas in eine Vielzahl von Bruchstücken zerspringt, die dann als Granulat aus der durch den Glaskern gebildeten Ausnehmung des Gußstücks leicht durch Rütteln des Gußstücks entfernt werden können. Zur Entfernung des Glaskerns aus dem Gußstück kommen ferner Hochdruckspülung und Ultraschallbehandlung in Betracht, letzteres vor allem dann, wenn ein mit einem Glaskern ausgefüllter Kanal für ein Brechwerkzeug oder einen Hochdruckstrahl nicht zugänglich ist.
Zur Bildung einer den Glasbruch fördernden Form- oder/und Spannungsstruktur kann der Glaskern z. B. durch Abschrecken, Strahlen, Ätzen oder/und Ritzen vorbehandelt werden.
Sofern der Glaskern entsprechend der vorangehend erwähnten Ausführungsform so vorbehandelt ist, daß er in eine Vielzahl kleiner Bruchstücke zerspringt, läßt sich das Bruchmaterial besonders leicht entfernen.
In einer Ausführungsform ist der Ausdehnungskoeffizient des Glasmaterials kleiner als 10^–6 K^–1. Durch einen solchen geringen Ausdehnungskoeffizient kann z. B. bei Verwendung von Aluminium als Gußmaterial, insbesondere in Verbindung mit einer geeigneten Form- oder/und Spannungsstruktur des Glaskerns, die vorangehend erwähnte Förderung des Glasbruchs durch Schrumpfung des Gußmaterials und damit Vorspannung des Glaskerns bewirkt werden. Der niedrige Ausdehnungskoeffizient geht ferner mit einer hohen Beständigkeit gegen Temperaturwechsel einher, welche der Glaskern aufweisen sollte, wenn er dem steilen Temperaturanstieg widerstehen soll, der beim Eingießen des Gußmaterials in die Gießform auftritt. Andererseits kann auch eine Angleichung der Ausdehnungskoeffizienten von Guß- und Glasmaterial einer leichten Entfernbarkeit des Glaskerns aus dem Gußstück förderlich sein.
Die Glasübergangstemperatur des Glasmaterials liegt vorzugsweise oberhalb 450°C, insbesondere oberhalb 650°C. Bei Erweichung erst oberhalb dieser Temperaturen ist eine ausreichende Formbeständigkeit des Glaskerns während des Gießvorgangs, z. B. bei Verwendung von Aluminium als Gußmaterial, gewährleistet.
Der Glaskern kann einen eine Schlichte bildenden oder mit dem Gußmaterial reagierenden Überzug aufweisen. Die Schlichte verhindert die Entstehung einer Metallglasverbindung an der Grenze zwischen Kern- und Gußmaterial. Eine solche Verbindung ist vor allem dannunerwünscht, wenn die Kernausnehmung nach der Entformung eine glatte Innenfläche aufweisen soll. Andererseits ist es denkbar, gezielt Reaktionen zwischen dem Glasmaterial und dem Gußmaterial herbeizuführen, um gegebenenfalls an der Grenze zwischen Glas- und Gußmaterial eine Schicht mit einem gewünschten thermischen Ausdehnungskoeffizienten zu erzeugen.
In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst der Glaskern einen länglichen Strang zur Formung eines sich durch das Gußstück erstreckenden Kanals und ist insbesondere durch ein Glasröhrchen gebildet. Das Glasröhrchen kann unter Auskleidung einer Kanalwand gegebenenfalls im Gußstück verbleiben. Ansonsten läßt sich das Glasröhrchen, das sehr dünnwandig ausgebildet sein kann, zur Entformung leicht durch ein eingeführtes Stoßwerkzeug zerbrechen, sofern der Glasbruch nicht bereits bei der Schrumpfung des Gußmaterials erfolgte.
Die erfindungsgemäße Gießform dient insbesondere zur Herstellung eines Aluminiummotorblocks, wobei der Glaskern zur Bildung eines Kühlkanals zwischen den Zylinderausnehmungen des Motorblocks vorgesehen ist.
Die Erfindung soll nun anhand eines Ausführungsbeispiels und der beiliegenden, sich auf dieses Ausführungsbeispiel beziehenden Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:
1 einen Motorblock und Teile einer Gießform nach der Erfindung zur Herstellung des Motorblocks,
2 ein einen Glaskern zeigenden Ausschnitt des Motorblocks bzw. der Gießform von 1 in einer Seifenansicht, und
3 einen den Glaskern zeigenden Ausschnitt des Motorblocks bzw. der Gießform von 1 in einer Draufsicht.
Mit dem Bezugszeichen 1 ist in den Figuren ein durch Gießen gebildeter Motorblock bezeichnet. Der in den 1 und 2 unter Hervorhebung durch weite Schraffur im Querschnitt dargestellte Motorblock 1 besteht aus einer Aluminiumlegierung.
Mit dem Bezugszeichen 2 ist ein Gießformteil zur Bildung eines die Zylinder des Motorblocks 1 umgebenden Kühlmantels bezeichnet. In den Motorblock 1 sind Zylinderlaufbuchsen 3 durch Umgießen mit Gußmaterial eingebunden. Die Zylinderlaufbuchsen 3 sitzen in der Gießform mit ihrer gesamten Innenfläche jeweils auf einem hohlzylindrischen Kokillendorn 4 der Gießform auf. Bei der im übrigen nicht gezeigten Gießform handelt es sich um eine Sandgießform.
In den 2 und 3 ist mit dem Bezugszeichen 9 ein Glaskern bezeichnet, der sich zwischen benachbarten Zylinderausnehmungen 6 des Motorblocks 1 von einem Sandgießformteil 7 zu einem Sandgießformteil 8 erstreckt. Die Sandgießformteile 7 und 8 sind mit dem den Kühlmantel bildenden Sandgießformteil 2 verbunden und dienen zur Bildung von Öffnungen des Kühlmantels zur Zylinderkopfanlagefläche des Motorblocks 1.
Der in einem Bogen verlegte Glaskern ist jeweils an seinen Enden in den Gießformteil 7 bzw. 8 eingebettet.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Glaskern um ein Glasröhrchen.
Das Glasmaterial hat einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der etwas unterhalb von 10^–6 K^–1 liegt. Die Glasübergangstemperatur beträgt 700°C. Das den Glaskern 9 bildende Glasröhrchen hat einen Durchmesser von 1 mm bei einer Wandstärke von nur 50 μm.
Zwischen jeder der Zylinderausnehmungen 6 des Motorblocks 1 ist ein Kern angeordnet, wie er aus den 2 und 3 hervorgeht.
Während des Gießvorgangs wird der Glaskern 9 umgossen, wobei das Glasmaterial der mit dem Eingießen verbundenen Temperaturbelastung widersteht. Kurze Zeit nach dem Eingießen erreicht der dünnwandige Glaskern die Temperatur des Gußmaterials und damit seine maximale thermische Ausdehnung während des Gießvorgangs. Der Glaskern kühlt nun im Temperaturgleichgewicht zusammen mit dem Gußmaterial ab, wobei das Gußmaterial aufgrund seines höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten stärker schrumpft als der Glaskern 9. Diese Schrumpfung führt regelmäßig dazu, daß der Glaskern 9 zerspringt. Dazu kann der Glaskern 9 durch Abschrecken, Strahlen, Ätzen oder/und Ritzen geeignet vorbehandelt sein, insbesondere derart, daß eine Vielzahl von leicht entfernbaren Bruchstücken entsteht.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Glaskern 9 im Bogen so verlegt, daß in seine Endöffnungen durch die zur Zylinderkopfanlagefläche hin gebildeten Öffnungen hindurch ein flexibles Stoßwerkzeug eingeführt werden kann, mit dessen Hilfe für den Fall, daß das Glasröhrchen bei der Schrumpfung nicht oder nur teilweise gebrochen ist, eine Entformung erfolgt.
Auf die vorangehend beschriebene Weise lassen sich Kanäle mit sehr glatten Innenwänden ähnlich der Qualität von Bohrungen herstellen. Vorteilhaft können sich in diesen Kanälen keine Ablagerungen aus dem Kühlmittel festsetzen. Ohne Beschädigung des Motorblocks ließen sich solche Kühlkanäle zwischen den Zylinderausnehmungen im Motorblock durch Bohrung nicht herstellen.
Abweichend von dem gezeigten Beispiel ließen sich Kanäle durch Glaskerne auch an anderen Stellen des Motorblocks bilden, durch die Kühlmittel oder Öl bestimmten Funktionsteilen im Motor zugeleitet werden kann.
Alternativ zu dem gezeigten Beispiel, bei dem ein Glasbruch erfolgt, könnte der durch ein Röhrchen gebildete Glaskern auch im Motorblock verbleiben. In diesem Fall sollten die Ausdehnungskoeffizienten von Guß- und Glasmaterial möglichst aneinander angeglichen sein. Denkbar wäre in diesem Zusammenhang die Bildung einer mit dem umliegenden Gußmaterial reagierenden Schicht auf dem Glaskern, durch die eine feste Verbindung zwischen Glaskern und Gußmaterial erreichbar ist.
Abweichend von dem gezeigten Ausführungsbeispiel mit einem dünnwandigen Glasröhrchen könnten Glasröhrchen mit größerer Wanddicke bis hin zu Vollmaterial verwendet werden. Im letzteren Fall wäre jedoch eine Vorbehandlung des Glasröhrchens derart, daß der Glaskern eine den Glasbruch beim Schrumpfen oder durch nachträgliches Ausbrechen erleichternde Struktur erhält, unerläßlich.
Der in dem gezeigten Ausführungsbeispiel gebogene Glaskern könnte auch gerade sein. Zum Entfernen des geraden Glaskerns aus dem Gußstück kommt dann eine Ultraschallbehandlung des Gußstücks in Betracht.

Claims

Gießform für einen Motorblock, mit einem Sandgießformteil (2), das einen Kühlmantel abbildet und zwei Sandgießformteile (7, 8) umfasst, die so angeordnet sind, dass sie zueinander gegenüberliegend im Bereich des zwischen zwei Zylinderausnehmungen (6) der Gießform vorhandenen Freiraums positioniert sind, wobei sich durch den Freiraum zwischen den Sandgießformteilen (7, 8) ein einen Kühlkanal des zu gießenden Motorblocks abbildender, als länglicher Strang geformter Gießkern (9) erstreckt, der mit seinen Enden in den Gießformteilen (7, 8) gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Gießkern (9) aus einem Glas besteht und dass die Ausdehnungskoeffizienten von Glas- und Gussmaterial zur Förderung des Glasbruchs durch Schrumpfung des Gussmaterials aufeinander abgestimmt sind.
Gießform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Glaskern (9) einen Hohlkörper umfasst oder/und eine die Entformbarkeit durch Bruch des Glases fördernde Struktur oder/und Glasart aufweist.
Gießform nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Glaskern (9) eine den Glasbruch, insbesondere den Bruch in eine Vielzahl kleiner Bruchstücke, fördernde Form- oder/und Spannungsstruktur aufweist.
Gießform nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausdehnungskoeffizient des Glasmaterials kleiner 10^–6 K^–1 ist.
Gießform nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasübergangstemperatur des Glasmaterials oberhalb 450°C, vorzugsweise oberhalb 650°C, liegt.
Gießform nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Glaskern (9) einen eine Schlichte bildenden oder mit dem Gussteil reagierenden Überzug aufweist.
Gießform nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Glaskern ein Glasröhrchen (9) umfasst.