-
Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf einen Präzisionssandguss
von Motorzylinderblöcken wie
zum Beispiel V-Zylinderblöcken
von Motoren mit eingegossenen Laufbuchsen für Zylinderbohrungen.
-
Bei der Herstellung von V-Motorblöcken aus Gusseisen
wird ein sogenannter integraler Zylindermantel-Kurbelgehäuse-Kern
verwendet, der aus mehreren Zylindermänteln besteht, die auf einem Kurbelgehäusebereich
des Kerns integral ausgebildet sind. Die Zylindermäntel bilden
die Zylinderbohrungen im Motorblock aus Gusseisen, ohne Laufbuchsen
für Bohrungen
zu benötigen.
-
Beim Präzisionssandguss eines V-Zylinderblocks
eines Verbrennungsmotors aus Aluminium wird eine Einweg-Gießformbaugruppe
aus mehreren harzgebundenen Sandkernen (auch als Gießformsegmente
bekannt) zusammengebaut, die die Innen- und Außenflächen des V-Motorblocks definieren.
Jeder der Sandkerne wird gebildet, indem mit Harz beschichteter
Gießereisand
in einen Kernkasten geblasen und darin gehärtet wird.
-
Traditionellerweise beinhaltet bei
der früheren
Herstellung eines V-Motorblocks
aus Aluminium mit eingegossenen Bohrungslaufbuchsen das Verfahren
für den
Zusammenbau von Gießformen
für den
Präzisionssandprozess
ein Anordnen eines Basiskerns auf einer geeigneten Oberfläche und
Aufbauen oder Stapeln separater Kurbelgehäusekerne, Seiten kerne, Zylindermantelkerne
mit Laufbuchsen darauf, Wassermantelkerne, vordere und hintere Endkerne,
eines (oberen) Deckelkerns und anderer Kerne auf dem Basiskern oder
aufeinander. Die anderen Kerne können
einen Ölleitungskern,
Seitenkerne und einen Kehlkern einschließen. Zusätzliche Kerne können ebenfalls
je nach Motorkonstruktion vorhanden sein.
-
Bei der früheren Herstellung eines V-Motorblocks
aus Aluminium mit eingegossenen Bohrungslaufbuchsen unter Verwendung
separater Kurbelgehäusekerne
und Zylindermantelkerne mit Laufbuchsen darauf muss der Block in
einer Weise maschinell bearbeitet werden, um unter anderem sicherzustellen,
dass die Zylinderbohrungen (die von den auf den Zylindermantelmerkmalen
der Zylindermantelkerne angeordneten Bohrungslaufbuchsen gebildet
werden) eine gleichmäßige Wanddicke
der Bohrungslaufbuchsen aufweisen und andere kritische Blockmerkmale
genau maschinell bearbeitet werden. Dies erfordert, dass die Laufbuchsen
in Bezug aufeinander innerhalb des Gußstückes genau angeordnet werden
und der Block in Bezug auf die Anlage zur maschinellen Bearbeitung
optimal positioniert wird.
-
Die Position der Bohrungslaufbuchsen
in Bezug aufeinander innerhalb eines Gußstückes wird zum großen Teil
durch die Abmessungsgenauigkeit und Montagezwischenräume der
Gießformkomponenten
(Kerne) bestimmt, die verwendet werden, um die Bohrungslaufbuchsen
während
des Befüllens
der Gießform
zu tragen. Die Verwendung mehrerer Gießformkomponenten, um die Laufbuchsen
zu tragen, führt
zu einer Änderung
in der Lage der Laufbuchsen aufgrund der Akkumulierung oder zu einem "Aufstocken" einer Abmessungsänderung
von Montagezwischenräumen
der mehreren Gießformkomponenten.
-
Um den gegossenen V-Block zur maschinellen
Bearbeitung vorzubereiten, wird er in entweder einer sogenannten
OP10- oder "Qualifikations"-Befestigungsvorrichtung (qualification
fixture) gehalten, während
eine Fräsmaschine
auf dem gegossenen V-Block flache glatte Referenzstellen (Fixierflächen für Maschinenreihen)
(machine live locator surfaces) genau präpariert, die später verwendet
werden, um den V-Block in anderen Befestigungsvorrichtungen zur
Bearbeitung an der Anlage zum maschinellen Bearbeiten von Motorblöcken zu
positionieren. Die OP10-Befestigungsvorrichtung ist typischerweise
an der Anlage zur maschinellen Bearbeitung von Motorblöcken vorhanden,
während
sich die "Qualifikations"-Befestigungsvorrichtung typischerweise
bei der Gießerei
befindet, die die Gussblöcke
herstellt. Der Zweck jeder Befestigungsvorrichtung besteht darin, qualifizierte
Fixierflächen
auf dem gegossenen Motorblock zu schaffen. Die Merkmale auf dem
Gußstück, welche
das Gußstück in der
OP10- oder Qualifikations-Befestigungsvorrichtung
anordnen, sind als "Gußstück-Fixiereinrichtungen" bekannt. Die OP-10
oder Qualifikations-Befestigungsvorrichtung für V-Blöcke mit
eingegossenen Bohrungslaufbuchsen nutzt als Gußstück-Fixiereinrichtungen die
gekrümmte
Innenfläche
mindestens einer Laufbuchse der Zylinderbohrung von jeder Zylinderreihe.
Eine Verwendung gekrümmter
Oberflächen
als Gußstück-Fixiereinrichtungen
ist nachteilig, weil ein Bewegen des Gußstücks in einer einzigen Richtung eine
komplizierte Änderung
der räumlichen
Orientierung des Gußstücks bewirkt.
Dies wird weiter verschlimmert, indem mindestens eine Laufbuchsenfläche von
jeder Reihe genutzt wird, da die Reihen unter einem Winkel zueinander
ausgerichtet sind. Praktischerweise ziehen Maschinisten es vor,
Befestigungsvorrichtungen zu entwerfen, die zuerst ein Gussstück auf drei "primären" Gussstück-Fixiereinrichtungen
aufnehmen und tragen, die eine Referenzebene einrichten. Das Gussstück wird
dann gegen zwei "sekundäre" Gussstück-Fixiereinrichtungen
bewegt, die eine Referenzlinie einrichten. Schließlich wird
das Gussstück
entlang dieser Linie bewegt, bis eine einzelne "tertiäre" Gussstück-Fixiereinrichtung einen
Referenzpunkt einrichtet. Die Orientierung des Gussstücks ist
nun vollständig
eingerichtet. Das Gussstück
ist dann an Ort und Stelle festgeklemmt, während eine maschinelle Bearbeitung
durchgeführt wird.
Die Verwendung gekrümmter
und gewinkelter Flächen,
um das Gussstück
in der OP10- oder "Qualifikations"-Befestigungsvorrichtung zu orientieren, kann
eine weniger genaue Anordnung in der Befestigungsvorrichtung und
schließlich
eine weniger präzise
maschinelle Bearbeitung des gegossenen V-Blocks zur Folge haben,
weil das Ergebnis eines Bewegens des Gussstücks in einer gegebenen Richtung
vor einem Festklemmen in einer Lage zur maschinellen Bearbeitung
kompliziert und möglicherweise
nicht wiederholbar ist.
-
Aus der
DE 19 16 168 A ist ein Zylindergehäuse mit
trockenen Zylinderlaufbüchsen
bekannt. Um die Zylinderlaufbüchse
leichter in die Zylinderbohrungen des Gehäuses einführen zu können, ist sie an ihrem Außenmantel
kegelförmig
verjüngt.
In der Gehäusebohrung
ist ebenfalls eine Verjüngung mit
etwas größerem Neigungswinkel
vorgesehen.
-
Die
DE 198 53 803 C1 offenbart eine Gießform für einen
Motorblock mit in die Gießform
einbezogenen Zylinderlaufbüchsen.
Die Gießform
besitzt konische Sitzflächen,
welche einen Sitz für
die Zylinderlaufbüchsen
bil den. Diese Sitzflächen
dienen dazu, die Laufbüchse
auch dann noch korrekt zu positionieren, wenn diese sich unter Hitzeinwirkung
ausdehnt.
-
Aus der
US 5,771,995 sind eine Vorrichtung und
ein Verfahren zum Herstellen einer Gießformbaugruppe bekannt, welche
zum Giessen eines Motorblocks dient. In die Gießformbaugruppe sind Zylinderlaufbuchsen
integriert, welche an einem Ende eine Anfasung aufweisen, die ein
ungewolltes Verschieben der Laufbuchse bei thermischer Ausdehnung
vermeidet.
-
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist, ein Verfahren und eine Vorrichtung für einen Sandguss von Motorzylinderblöcken mit
eingegossenen Laufbuchsen für
Zylinderbohrungen in einer Weise zu schaffen, die einen oder mehrere
der obigen Nachteile überwindet.
-
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt
durch die Merkmale der unabhängigen
Ansprüche.
-
Die vorliegende Erfindung schließt ein Verfahren
und eine Vorrichtung zum Zusammenbauen einer Gießformbaugruppe für Motorblöcke sowie eine
Gießformbaugruppe
und einen Zylindermantelkern ein, worin der Zylindermantelkern mehrere
Zylindermäntel
enthält,
auf denen eine jeweilige Laufbuchse für eine Zylinderbohrung angeordnet
ist und worin jede Laufbuchse für
eine Zylinderbohrung einen Innendurchmesser aufweist, der entlang
zumindest einem Abschnitt ihrer Länge verjüngt ist, um mit einem auf den
Zylindermänteln
vorhandenen Formschrägenwinkel
zusammenzupassen, um eine Entnahme des Zylindermantelkerns aus einem
Kernkasten zu gestatten, in welchem er gebildet wird. Eine Verwendung
von zusammenpassenden Verjüngungen
verbessert eine Ausrichtung jeder Bohrungslaufbuchse auf dem zugeordneten
Zylindermantel, was die Bewegung der Bohrungslaufbuchse während eines
Zusammenbaus des Wassermantel-Plattenkerns mit den Zylindermantelmerkmalen
minimiert, und reduziert auch die Lücke zwischen jeder Bohrungslaufbuchse
und jedem zugeordneten Zylindermantel, wo während eines Gießens des
Motorblocks in der Gießformbaugruppe
geschmolzenes Metall eindringen könnte. Die Verjüngung auf
dem Innendurchmesser der Bohrungslaufbuchsen wird während einer
maschinellen Bearbeitung des in der Gießformbaugruppe gegossenen Motorblocks
anschließend
entfernt.
-
Vorteile und Aufgaben der vorliegenden
Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der Erfindung
besser verstanden, die in Verbindung mit den folgenden Zeichnungen
vorgenommen wird.
-
1 ist
ein Ablaufdiagramm, das eine Praxis einer illustrativen Ausführungsform
der Erfindung veranschaulicht, um eine Gießformbaugruppe für einen
V-Motorblock zu sammenzubauen. Der vordere Endkern ist aus den Ansichten
der Montagesequenz der Zweckmäßigkeit
halber weggelassen.
-
2 ist
eine perspektivische Ansicht eines integralen Zylindermantel-Kurbelgehäuse-Kerns
mit Bohrungslaufbuchsen auf seinen Zylindermänteln und Oberflächen von
Gußstück-Fixiereinrichtungen auf
dem Kurbelgehäusebereich
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung.
-
3 ist
eine Schnittansicht einer Gießformbaugruppe
für Motorblöcke gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung, wo der rechte Querschnitt des Zylindermantel-Kurbelgehäuse-Kerns
entlang Linien 3-3 von 2 durch
eine zentrale Ebene eines Zylindermantelmerkmals gelegt ist und
wo der linke Querschnitt des Zylindermantel-Kurbelgehäuse-Kerns
entlang Linien 3'-3' von 2 zwischen benachbarten Zylindermänteln gelegt
ist.
-
3A ist
eine vergrößerte Schnittansicht eines
Zylindermantels des Zylindermantel-Kurbelgehäuse-Kerns und einer Anordnung
mit Wassermantel- und Plattenkernen, die eine Laufbuchse einer Zylinderbohrung
auf dem Zylindermantel zeigt.
-
3B ist
eine vergrößerte Schnittansicht eines
Zylindermantels des Zylindermantel-Kurbelgehäuse-Kerns und eines Wassermantel-Plattenkerns, die
eine Laufbuchse einer Zylinderbohrung mit einer Verjüngung nur
auf einem oberen Abschnitt ihrer Länge zeigt.
-
4 ist
eine schematische Ansicht einer Kernkastenwerkzeugeinrichtung zum
Herstellen des integralen Zylindermantel-Kurbelgehäuse-Kerns
von 2, die geschlossene
und offene Stellungen der Zylindermäntel bildenden Werkzeugelemente
zeigt.
-
5 ist
eine partielle perspektivische Ansicht einer Kernkastenwerkzeugeinrichtung
und eines resultierenden Kerns, die offene Stellungen der Zylindermäntel bildenden
Werkzeugelemente zeigt.
-
1 zeigt
ein Flussdiagramm, das eine Sequenz zum Zusammenbauen einer Gießformbaugruppe 10 für Motorzylinderblöcke gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung zeigt. Die Erfindung ist nicht auf die gezeigte Sequenz
von Montageschritten beschränkt,
da andere Sequenzen genutzt werden können, um die Gießformbaugruppe
zusammenzubauen.
-
Die Gießformbaugruppe 10 wird
aus zahlreichen Arten harzgebundener Sandkerne zusammengesetzt,
die einen Basiskern 12, der mit einer optionalen Kokille 28a,
einer optionalen Kokillenpalette 28b und einer optionalen
Gießformtrennplatte 28c zusammenpasst,
einen integralen Zylinder mantel-Kurbelgehäuse-Kern (IBCC) 14 mit
Laufbuchsen 15 für
Zylinderbohrungen aus Metall (zum Beispiel Gusseisen Aluminium oder
Aluminiumlegierung) darauf, zwei Endkerne 16, zwei Seitenkerne 18,
zwei Anordnungen 22 mit Wassermantel- und Plattenkernen
(die jeweils aus einen Wassermantelkern 22a, einem Mantelplattenkern 22b und
einem Heberkern 22c zusammengesetzt sind), einen Stößelkehlkern 24 und
einen Deckelkern 26 einschließen. Die oben beschriebenen
Kerne sind zu Veranschaulichungszwecken und nicht zur Beschränkung dargelegt,
da je nach der speziellen zu gießenden Motorblockkonstruktion
andere Arten von Kernen und Kernkonfigurationen in der Montage der
Gießformbaugruppe
für Motorzylinderblöcke verwendet
werden können.
-
Die harzgebundenen Sandkerne können unter
Verwendung herkömmlicher
Prozesse zur Herstellung von Kernen hergestellt werden, wie z.B.
eines kalten Kastens aus Phenolurethan oder eines heißen Kastens
aus Furan, wo ein Gemisch aus Gießereisand und Harzbindemittel
in einen Kernkasten geblasen und das Bindemittel mit entweder einem Katalysatorgas
und/Wärme
gehärtet
wird. Der Gießereisand
kann Silica, Zircon, Quarzglas und andere umfassen. Ein katalysiertes
Bindemittel kann ein Isocure Bindemittel umfassen, das von Ashland
Chemical Company erhältlich
ist.
-
Zu Veranschaulichungszwecken und
nicht beschränkend
sind in 1 die harzgebundenen Sandkerne
zur Verwendung beim Aufbau einer Gießformbaugruppe für Motorzylinderblöcke dargestellt, um
einen V8-Motorblock
aus Aluminium zu gießen. Die
Erfindung ist besonders nützlich,
obgleich nicht darauf beschränkt,
für einen
Zusammenbau von Gießformbaugruppen
10 zum Präzisionssandgießen von
Motorzylinderblö cken
der V-Baureihe, die zwei Reihen Zylinderbohrungen mit sich im Kurbelgehäuseteil
des Gußstücks des
Motorblocks schneidenden Ebenen durch die Mittellinien der Bohrungen
jeder Reihe aufweisen. Übliche
Konfigurationen umfassen V6-Motorblöcke mit einem Einschlusswinkel
von 54, 60, 90 oder 120 Grad zwischen den beiden Reihen Zylinderbohrungen
und V8-Motorblöcke
mit einem Winkel von 90 Grad zwischen den beiden Reihen Zylinderbohrungen,
obgleich andere Konfigurationen verwendet werden können.
-
Die Kerne 14, 16, 18, 22 und 24 werden
anfangs vom Basiskern 12 und Deckelkern 26 entfernt zusammengebaut,
um eine Teilanordnung 30 mehrerer Kerne (Kernbaugruppe)
zu bilden, 1. Die Kerne 14, 16, 18, 22 und 24 werden
auf einer Behelfsbasis oder einem Element TB zusammengebaut, das keinen
Teil der endgültigen
Gießformbaugruppe 10 für Motorblöcke bildet.
Die Kerne 14, 16, 18, 22 und 24 sind
in 1 der Zweckmäßigkeit
halber schematisch dargestellt, wobei ihre detaillierteren Ansichten in 2-4 gezeigt sind.
-
Wie in 1 veranschaulicht,
wird zuerst der integrale Zylindermantel-Kurbelgehäuse-Kern 14 auf der
Behelfsbasis TB angeordnet. Der Kern 14 enthält mehrere
zylindrische Rohre bzw. Zylindermäntel 14a auf dem integralen
Kurbelgehäuse-Kernbereich 14b, wie
in 2-5 gezeigt ist. Der Zylindermantel-Kurbelgehäuse-Kern 14 wird
als integraler einstückiger Kern
mit der Kombination der Zylindermäntel und des Kurbelgehäusebereichs
in einer in 4-5 dargestellten Kernkastenwerkzeugeinrichtung 100 gebildet.
Auf dem Kurbelgehäusebereich 14b kann
auch integral ein Durchgang für
den Nockenwellenbereich 14cs ausgebildet sein.
-
Die Kernkastenwerkzeugeinrichtung 100 umfasst
eine Basis 102, auf der erste und zweite Zylindermäntel bildende
Werkzeugelemente 104 auf Führungsstiften 105 für eine Bewegung
durch jeweilige hydraulische Zylinder 106 verschiebbar
angeordnet sind. Eine Abdeckung 107 ist auf einer vertikal verschiebbaren,
genau geführten
Kernmaschinenplatte 110 für eine Bewegung durch einen
hydraulischen Zylinder 109 in Richtung auf die Zylindermäntel bildenden
Werkzeugelemente 104 angeordnet. Die Elemente 104 und
die Abdeckung 107 werden von den in durchgezogenen Linien
gezeigten Stellungen von 4 zu
den in gestrichelten Linien dargestellten Stellungen bewegt, um
einen Hohlraum C zu bilden, in den das Gemisch aus Sand und Bindemittel geblasen
und gehärtet
wird, um den Kern 14 zu bilden. Die Enden des Kerns 14 werden
durch Werkzeugelemente 104 und/oder 107 geformt.
Der Kern 14 wird dann aus der Werkzeugeinrichtung 100 entnommen,
indem die Werkzeugelemente 104 und die Abdeckung 107 auseinander
bewegt werden, um den Kern 14 freizulegen, dessen Kurbelgehäusebereich 14b der
Zweckmäßigkeit
halber in 5 ziemlich
schematisch dargestellt ist.
-
Die Zylindermäntel bildenden Werkzeugelemente 104 sind
so konfiguriert, dass sie die Zylindermäntel 14a und gewisse
Außenflächen des
Kurbelgehäusekerns
bilden, einschließlich
Gußstückfixierflächen 14c, 14d und 14e.
Die Abdeckung 107 ist so konfiguriert, um Innen- und andere
Außenflächen des
Kurbelgehäuses
des Kerns 14 zu bilden. Die Fixierflächen 14c, 14d, 14e können verwendet
werden, um das Motorblockgußstück in anschließenden Arbeitsvorgängen zum
Ausrichten und maschinellen Bearbeiten zu orientieren, ohne auf
eine oder mehrere gekrümmte
Flächen
von zwei oder mehr Laufbuchsen 15 der Zylinderbohrungen
Bezug nehmen zu müssen.
-
Da die Fixierflächen 14c, 14d, 14e auf
dem Kurbelgehäusekernbereich 14b unter
Verwendung der gleichen Zylindermäntel bildenden Werkzeugelemente 104 des
Kernkastens gebildet werden, die auch die integralen Zylindermäntel 14a bilden,
sind diese Fixierflächen
in Bezug auf die Zylindermäntel 14a und
somit die im Gußstück des Motorblock
gebildeten Zylinderbohrungen einheitlich und genau angeordnet.
-
Wie oben erwähnt wurde, wird der integrale Zylindermantel-Kurbelgehäuse-Kern 14 zuerst
auf der Behelfsbasis TB angeordnet. Danach wird eine Laufbuchse 15 für Zylinderbohrungen
aus Metall auf jedem Zylindermantel 14a des Kerns 14 manuell
oder mit Hilfe von Robotern angeordnet. Vor einer Anordnung auf
dem Zylindermantel 14a kann jede Außenfläche der Laufbuchse mit Ruß beschichtet
werden, der Carbon Black aufweist, um einen engen mechanischen Kontakt
zwischen der Laufbuchse und dem Gussmetall zu unterstützen. Der
Kern 14 wird in der Kernkastenwerkzeugeinrichtung 100 hergestellt,
so dass er am unteren Ende jedes Zylindermantels 14a eine
abgeschrägte
(konische) untere ringförmige,
die Laufbuchse anordnende Fläche 14f enthält, wie
in 3A am besten dargestellt
ist. Die abgeschrägte Fläche 14f kommt
mit dem abgeschrägten
ringförmigen
unteren Ende 15f jeder Bohrungslaufbuchse 15 in
Anlage, wie in 3A gezeigt
ist, um sie in Bezug auf den Zylindermantel 14a vor und
während
eines Gießens
des Motorblocks zu positionieren.
-
Die Laufbuchsen 15 der Zylinderbohrungen können jeweils
maschinell bearbeitet oder gegossen werden, so dass sie einen Innendurchmesser
aufweisen, der entlang der gesamten Länge oder einem Abschnitt der Länge der
Bohrungslaufbuchse 15 verjüngt ist, um mit einem Formschrägenwinkel
A (Außendurchmesserverjüngung), 3A, übereinzustimmen, der auf den
Zylindermänteln 14a vorgesehen
ist, um eine Entnahme des Kerns 14 aus der Kernkastenwerkzeugeinrichtung 100 zu
gestatten, in der er gebildet wird. Insbesondere enthält jedes
Zylindermäntel
bildende Element 104 der Werkzeugeinrichtung 100 mehrere
Zylindermäntel
bildende Hohlräume 104a mit
einer geringfügig
abnehmenden Verjüngung
des Innendurchmessers entlang der Länge in einer Richtung, die
von seinem ein Kurbelgehäuse bildenden
Bereich 104b in Richtung auf die Distalenden von Zylindermäntel bildenden
Hohlräumen 104a verläuft, um
eine Bewegung der Werkzeugelemente 104 vom in der Werkzeugeinrichtung 100 ruhenden gehärteten Kern 104 weg,
d.h. eine Bewegung der Werkzeugelemente 104 von den in
gestrichelten Linien dargestellten Stellungen zu den in durchgezogenen
Linien dargestellten Stellungen von 4,
zu gestatten. Die Außendurchmesserverjüngung der
gebildeten Kernrohre bzw. Kernzylindermäntel 14a verläuft folglich
(nimmt im Durchmesser ab) von nahe dem Kurbelgehäusebereich 14b des
Kerns in Richtung auf die Distalenden der Zylindermäntel. Die
Verjüngung
auf dem Außendurchmesser
der Zylindermäntel 14a beträgt typischerweise
bis zu 1 Grad und hängt
von dem Formschrägenwinkel
ab, der auf den Zylindermäntel
bildenden Werkzeugelementen 104 der Kernkastenwerkzeugeinrichtung 100 verwendet wird.
Die Verjüngung
des Innendurchmessers der Bohrungslaufbuchsen 15 wird maschinell
so bearbeitet oder gegossen, dass sie zum Formschrägenwinkel
(Außendurchmesserverjüngung) der
Zylindermäntel 14a komplementär ist, 3A, so dass der Innendurchmesser
der Bohrungslaufbuchse 15 am oberen Ende kleiner als an
ihrem unteren Ende ist, 3A.
Eine Verjüngung
des Innendurchmessers der Bohrungslaufbuchsen 15, so dass
sie mit der des Außendurchmessers
der Zylin dermäntel 14a zusammenpasst,
verbessert eine anfängliche
Ausrichtung jeder Bohrungslaufbuchse auf dem zugeordneten Zylindermantel
und folglich bezüglich
des Wassermantel-Plattenkerns 22, der auf den Zylindermänteln 14a befestigt
wird. Die zusammenpassende Verjüngung
reduziert auch den Zwischenraum oder die Lücke zwischen jeder Bohrungslaufbuchse 15 und
jedem zugeordneten Zylindermantel 14a und bildet eine gleichmäßige Dicke
aus, um die Wahrscheinlichkeit und das Ausmaß zu reduzieren, dass und in dem
während
eines Gießens
der Gießform
für Motorblöcke geschmolzenes
Metall in den Raum eindringen könnte.
Die Verjüngung
auf dem Innendurchmesser der Bohrungslaufbuchsen 15 wird
während einer
maschinellen Bearbeitung des Gußstücks des Motorblocks
entfernt.
-
Die Verjüngung des Innendurchmessers
der Bohrungslaufbuchse 15 kann entlang ihrer gesamten Längen, wie
in 3 und 3A veranschaulicht, oder nur entlang
einem Abschnitt ihrer Längen
verlaufen, wie in 3B veranschaulicht
ist.
-
Zum Beispiel kann die Verjüngung des
Innendurchmessers jeder Bohrungslaufbuchse 15 nur entlang
einem oberen verjüngten
Abschnitt 15k ihrer Länge
nächst
einem Distalende jedes Zylindermantels 14a verlaufen, das
der Kernmarke 14p benachbart ist, wie in 3B veranschaulicht, nächst der Stelle, wo das obere
Ende der Bohrungslaufbuchse 15 mit der Anordnung 22 mit
Wassermantel-Plattenkernen zusammenpasst. Zum Beispiel kann der
verjüngte
Abschnitt 15k eine von seinem oberen Ende in Richtung auf
sein unteres Ende gemessene Länge von
einem Zoll (ein Inch) aufweisen. Obgleich nicht dargestellt, kann
ein ähnlicher
verjüngter
Bereich des Innendurchmessers lokal am unteren Ende jeder Bohrungs- laufbuchse 15 dem
Kurbelgehäusebereich 14b benachbart
oder an irgendeinem anderen lokalen Bereich entlang der Länge der
Bohrungslaufbuchse 15 zwischen ihrem oberen und unteren
Ende vorgesehen sein.
-
Nach einer Montage der Bohrungslaufbuchsen 15 auf
den Zylindermänteln 14a des
Kerns 14 werden die Endkerne 16 von Hand oder
mit einem Roboter am Kern 14 zusammengebaut, wobei ineinanderpassende
Kernmarkenmerkmale auf den zusammenpassenden Kernen, um die Kerne
auszurichten, und herkömmliche
Mittel verwendet werden, um sie anzubringen, wie zum Beispiel Leim,
Schrauben oder andere Verfahren, die dem Fachmann in der Gießereitechnik
bekannt sind. Eine Kernmarke umfasst ein Merkmal eines Gießformelements
(zum Beispiel eines Kerns), das verwendet wird, um das Gießformelement
in Bezug auf andere Gießformelemente
zu positionieren, und welches nicht die Form des Gußstücks definiert.
-
Nachdem die Endkerne 16 auf
dem Zylindermantel-Kurbelgehäuse-Kern 14 angeordnet
sind, wird die Anordnung 22 mit Wassermantel-Plattenkernen von
Hand oder mit Hilfe eines Roboters auf jeder Reihe Zylindermäntel 14a des
Kerns 14 angeordnet, 3.
-
Während
eine Montage der Mantelplattenanordnung 22 an die Zylindermäntel ihrem
Abschluss entgegen geht, kommt jede abgeschrägte Oberfläche 22g mit einem
jeweiligen abgeschrägten
ringförmigen
Ende 15g jeder Bohrungslaufbuchse 15 wie in 3 und 3A gezeigt in Eingriff. Die oberen Distalenden
der Bohrungslaufbuchsen 15 werden dadurch in Bezug auf
die Zylindermäntel 14a vor
und während eines
Gießens
des Motorblocks genau positioniert. Da die Anordnungen der Zylindermäntel 14a in
der Kernkastenwerkzeugeinrichtung 100 genau gebildet werden
und da der Wassermantel-Plattenkern 22 und die Zylindermäntel 14a an
einigen der Kernmarken 14p, 22p eng eingepasst
sind, werden die Bohrungslaufbuchsen 15 auf dem Kern 14 genau
positioniert, und folglich werden schließlich die Zylinderbohrungen
in dem in der Gießformbaugruppe 10 hergestellten
Gußstück des Motorblocks
genau positioniert.
-
Nach einem Zusammenbau der Anordnungen 22 mit
Wassermantel-Plattenkernen
auf den Zylindermänteln 14a wird
ein Stößelkehlkern 24 von Hand
oder mit Hilfe eines Roboters auf den Anordnungen 22 mit
Wassermantel-Plattenkernen montiert, gefolgt von einer Montage der
Seitenkerne 18 auf dem Kurbelgehäuse-Zylindermantel-Kern 14,
um eine Teilanordnung (Kernbaugruppe) 30, 1, auf der Behelfsplatte TB zu bilden.
Der Basiskern 12 und der Deckelkern 26 sind an
dieser Stelle in der Montagesequenz nicht montiert.
-
Die Teilanordnung (Kernbaugruppe) 30 und die
Behelfsbasis TB werden dann getrennt, indem die Teilanordnung 30 unter
Verwendung eines Robotergreifers GP oder irgendeiner anderen geeigneten Handhabungsvorrichtung
von der Basis TB an einer separaten Station weggehoben wird. Die
Behelfsbasis TB wird zum Anfangsort der Sequenz für Teilanordnungen
zurückgeführt, wo
ein neuer integraler Zylindermantel-Kurbelgehäuse-Kern 14 zur Verwendung
bei einer Montage einer weiteren Teilanordnung 30 darauf
plaziert wird.
-
Die Teilanordnung 30 wird
dann vom Robotergreifer GP oder einer anderen Handhabungsvorrichtung
zu einer (Ausblas-)Reinigungsstation BS gebracht, 1, wo sie gereinigt wird, um losen Sand von
den Außenflächen der
Teilanordnung und aus Innenräumen
zwischen ihren Kernen zu entfernen. Der lose Sand ist typischerweise
vorhanden, weil während
der oben beschriebenen Teilmontagesequenz die Kerne an den Verbindungsstellen
dazwischen aneinander reiben. Eine kleine Menge Sand kann von den
zusammenpassenden Verbindungsflächen
abgeschliffen werden und liegt auf den Außenflächen und in engen Zwischenräumen zwischen
benachbarten Kernen, wobei derartige enge Zwischenräume die
Wände und
andere Merkmale des Gußstücks des Motorblocks
bilden, wo ihr Vorhandensein das in der Gießformbaugruppe 10 geschaffene
Gußstück des Motorblocks
verunreinigen kann.
-
Die gereinigte Teilanordnung (Kernbaugruppe) 30 wird
dann durch einen Robotergreifer GP auf einem Basiskern 12 angeordnet,
der auf einer optionalen Kokillenpalette 28 ruht, 1 und 3. Die Kokillenpalette 28 enthält eine
Gießformtrennplatte 28c, die
auf der Palettenplatte 28b angeordnet ist, um den Basiskern 12 zu
tragen, 3. Der Basiskern 12 wird auf
der Kokillenpalette 28 mit mehreren aufrechten Kokillen 28a (eine
dargestellt) plaziert, die auf der untersten Palettenplatte 28b Ende
an Ende angeordnet sind. Die Kokillen 28a können zusammen
Ende an Ende durch (nicht dargestellt) eine oder mehrere Befestigungsstangen
befestigt sein, die durch axiale Durchgänge in den Kokillen 28a in
einer Weise verlaufen, dass die Enden der Kokillen sich in Richtung aufeinander
bewegen können,
um eine Schrumpfung des Metallgußstücks aufzunehmen, während es
sich verfestigte und kühlt.
Die Kokillen 28a verlaufen durch eine Öffnung 28o in der
Gießformtrennplatte 28c und
eine Öffnung 12o im
Basiskern 12 in den Hohlraum C des Kurbelgehäusebereichs 14b des Kern 14,
wie in 3 gezeigt ist.
Die Palettenplatte 28b enthält Durchgangslöcher 28h,
durch die Stangen R, 1,
ausgefahren werden können,
um die Kokillen 28a von der Gießformtrennplatte 28c und der
Gießformbaugruppe 10 zu
trennen. Die Kokillen 28a sind aus Gusseisen oder einem
anderen geeigneten thermisch leitfähigen Material hergestellt,
um Wärme
von den Stirnwandmerkmalen des Gußstücks schnell abzuführen, wobei
die Stirnwandmerkmale diejenigen Gußstückmerkmale sind, die die Motorkurbelwelle über die
Hauptlager und Hauptlagerkappen tragen. Die Palettenplatte 28b und
die Gießformtrennplatten 28c können aus
Stahl, einem thermisch isolierenden Keramikplattenmaterial, Kombinationen
davon oder einem anderen haltbaren Material konstruiert sein. Ihre
Funktion besteht darin, die Handhabung der Kokillen beziehungsweise
der Gießformbaugruppe
zu erleichtern. Sie sind typischerweise nicht dazu gedacht, eine
wesentliche Rolle bei der Ableitung von Wärme vom Gußstück zu spielen, obgleich die
Erfindung in dieser Weise nicht beschränkt ist. Die Kokillen 28a auf
der Palettenplatte 28b und Gießformtrennplatte 28c sind
nur zu Veranschaulichungszwecken dargestellt und können unabhängig von
den Anforderungen einer bestimmten Anwendung des Motorblockgußstücks insgesamt
weggelassen werden. Außerdem
kann die Palettenplatte 28b ohne die Gießformtrennplatte 28c und
umgekehrt bei der praktischen Umsetzung der Erfindung genutzt werden.
-
Der Deckelkern 26 wird dann
auf dem Basiskern 12 und der Teilanordnung (Kernbaugruppe) 30 angeordnet,
um einen Zusammenbau der Gießformbaugruppe 10 für Motorblöcke abzuschließen. Beliebige
zusätzliche
(nicht dargestellte) Kerne, die nicht Teil der Teilanordnung (der
Kernbau gruppe) 30 sind, können auf dem Basiskern 12 und
dem Deckelkern 26 angeordnet oder daran befestigt werden,
bevor sie zur Montagestelle bewegt werden, wo sie mit der Teilanordnung
(Kernbaugruppe) 30 vereinigt werden. Gemäß einer
Montagesequenz, die von der von 1 verschieden
ist, kann zum Beispiel die Kernbaugruppe 30 ohne Seitenkerne 16 zusammengebaut
werden, die stattdessen auf dem Basiskern 12 montiert sind.
Die Kernbaugruppe 3
0 ohne Seitenkerne 16 wird
anschließend
im Basiskern 12 mit den Seitenkernen 16 darin
plaziert. Der Basiskern 16 und der Deckelkern 26 weisen
Innenflächen
auf, die komplementär
und in engem Paßsitz
mit den Außenflächen der
Teilanordnung (der Kernbaugruppe 30) konfiguriert sind.
Die Außenflächen des
Basiskerns und Deckelkerns können
jede beliebige Form aufweisen, die für eine bestimmte Gussanlage
geeignet ist. Der Basiskern 12 und der Deckelkern 26 werden
typischerweise mit der Kernbaugruppe 30 dazwischen durch äußere umlaufende
Metallbänder
oder Klemmen (die nicht dargestellt sind) miteinander verbunden,
um die Gießformbaugruppe 10 während und
unmittelbar nach einer Befüllung
der Gießform
zusammenzuhalten.
-
Die fertiggestellte Gießformbaugruppe 10 für einen
Motorblock wird dann zu einer Station MF zur Befüllung der Gießform bewegt, 1, wo sie mit geschmolzenem
Metall wie zum Beispiel geschmolzenem Aluminium befüllt wird,
wobei in einer veranschaulichenden Ausführungsform der Erfindung ein Prozess
zur Befüllung
mit niedrigem Druck genutzt wird, wobei die Gießformbaugruppe 10 aus
ihrer Orientierung in 1 umgedreht
wird, obgleich jede geeignete Technik zur Befüllung der Gießform wie
z.B. ein Schwerkraft- bzw. Standguß genutzt werden kann, um die Gießformbaugruppe
zu befüllen.
Das geschmolzene Metall (zum Beispiel Aluminium) wird um die Bohrungslaufbuchsen 15 gegossen,
die vorher auf den Zylindermänteln 14a so
positioniert wurden, dass, wenn das geschmolzene Metall sich verfestigt,
die Bohrungslaufbuchsen 15 im Motorblock eingegossen sind.
-
Während
eines Gießens
von geschmolzenem Metall in der Gießformbaugruppe 10 wird
jede Bohrungslaufbuchse 15 an ihrem unteren Ende durch
einen Eingriff zwischen der Abschrägung 14f auf dem Zylindermantel 14a und
der abgeschrägten Fläche 15f auf
der Bohrungslaufbuchse und an ihrem oberen Distalende durch einen
Eingriff zwischen der abgeschrägten
Fläche 22g auf
der Anordnung 22 mit Wassermantel-Plattenkernen und der
abgeschrägten Fläche 15g auf
der Bohrungslaufbuchse positioniert. Dieses Positionieren hält jede
Bohrungslaufbuchse 15 zentriert auf ihrem Zylindermantel 14a während einer
Montage und eines Gusses der Gießformbaugruppe 10,
wenn die Bohrungslaufbuchse 15 im gegossenen Motorblock eingegossen
wird, um eine genaue Lage der Laufbuchse der Zylinderbohrung im Motorblock
zu liefern. Dieses Positionieren in Verbindung mit einer Verwendung
verjüngter
Bohrungslaufbuchsen 15, um mit der Formschräge der Zylindermäntel 14a zusammenzupassen,
kann ebenfalls einen Eintritt von geschmolzenem Metall in den Raum zwischen
den Bohrungslaufbuchsen 15 und den Zylindermänteln 14a reduzieren,
um eine Ausbildung eines Gussgrats aus Metall darin zu reduzieren. Wahlweise
kann zu diesem Zweck auch ein geeignetes Dichtungsmittel an einigen
oder allen abgeschrägten
Flächen 14f, 15f, 22g und 15g aufgebracht werden,
wenn die Bohrungslaufbuchsen 15 auf den Zylindermänteln 14a des
Kerns 14 montiert werden oder wenn die Mantelplattenanordnung 22 an
den Zylindermänteln
montiert wird.
-
Das (nicht dargestellte) Gußstück des Motorblocks,
das durch die Gießformbaugruppe 10 geformt
wird, enthält
angegossene primäre
Fixierflächen,
sekundäre
Fixierflächen
und eine optionale tertiäre
Fixierfläche,
die von den jeweiligen primären
Fixierflächen 14c,
sekundären
Fixierflächen 14d und der
tertiäre
Fixierfläche 14e gebildet
werden, die auf dem Kurbelgehäusebereich 14b des
integralen Zylindermantel-Kurbelgehäuse-Kerns 14 vorgesehen sind.
Die sechs Fixierflächen
auf dem Gußstück des Motorblocks
sind in Bezug auf die Laufbuchsen der Zylinderbohrungen, die im
Gußstück des Motorblocks
eingegossen werden, einheitlich und genau angeordnet und bilden
ein dreiachsiges Koordinatensystem, das genutzt werden kann, um
das Gußstück des Motorblocks
in anschließenden
Arbeitsvorgängen
zum Ausrichten (zum Beispiel OP 10-Ausrichtbefestigung) und maschinellen
Bearbeitung anzuordnen, ohne auf den gekrümmten Laufbuchsen 15 von Zylinderbohrungen
anordnen zu müssen.
-
Nach einer vorbestimmten Zeitspanne
nach einem Gießen
des geschmolzenen Metalls in die Gießformbaugruppe 10 wird
es zur nächsten,
in 1 veranschaulichten
Station bewegt, wo vertikale Hebestangen R durch Löcher 28h der
Palettenplatte 28b angehoben werden, um die Gießformtrennplatte 28c mit
der Gießformbaugruppe 10 darauf
anzuheben und von der Palettenplatte 28b und den Kokillen 28a darauf
zu trennen. Die Palettenplatte 28b und Kokillen 28a können zum
Anfang des Montageprozesses für
einen erneuten Gebrauch beim Zusammenbauen einer anderen Gießformbaugruppe 10 zurückgeführt werden.
Die Gießformbaugruppe 10 kann
dann ferner auf der Trennplatte 28c gekühlt werden. Diese weitere Kühlung der
Gießformbaugruppe 10 kann
bewerkstelligt werden, indem Luft und/oder Wasser auf die nun freigelegten
Stirnwandmerkmale des Gußstücks gelenkt
wird. Dies kann die Materialeigenschaften des Gußstücks weiter verbessern, indem
eine größere Kühlrate vorgesehen
wird, als durch die Verwendung einer thermischen Kokille von praktischer
Größe erreicht
werden kann. Thermische Kokillen werden aufgrund des Anstiegs der Temperatur
der Kokille und der Reduzierung der Gußstücktemperatur im Verlauf der
Zeit fortschreitend weniger effektiv. Nach Entnahme des gegossenen
Motorblocks aus der Gießformbaugruppe
durch herkömmliche
Techniken wird die Verjüngung
des Innendurchmessers, falls vorhanden, auf dem Innendurchmesser
der Bohrungslaufbuchsen 15 während einer anschließenden maschinellen
Bearbeitung des Gußstücks des
Motorblocks entfernt, um einen im wesentlichen konstanten Innendurchmesser
auf den Bohrungslaufbuchsen 15 zu schaffen.