[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Herstellung eines Motorblocks, mit
zum Verbund mit Gußmaterial in eine Gießform einbezogenen, jeweils an einem Sitz gehalterten
Zylinderlaufbüchsen, wobei der Sitz an den Büchsenenden angreifende Sitzflächen aufweist,
sowie ein entsprechendes Verfahren für die Herstellung eines Motorblocks.
[0002] Die eingangs erwähnte Gießform ist also zum Teil durch die an den Formhohlraum der
Gießform angrenzenden Zylinderlautbüchsen gebildet, welche nach Erstarrung des Gußmaterials
in den Motorblock eingebunden sind und beim Entformen von der Gießform gelöst werden.
Um eine zu schnelle Abkühlung des beim Eingießen mit den Lautbüchsen in Berührung
kommenden Gußmaterials und dadurch mangelnde Einbindung der Laufbüchsen in den Motorblock
zu vermeiden, werden die Lautbüchsen, vorzugsweise induktiv, vorgeheizt. Dabei und
in geringerem Maße auch noch beim späteren Eingießen dehnen sie sich aus, woraus eine
unerwünschte Beweglichkeit der Zylinderlaufbüchsen in ihren Sitzen resultiert mit
der Folge, daß die Laufbüchsen von ihrer im hergestellten Motorblock vorgesehenen
Position abweichen können. Dabei treten sowohl unerwünschte Parallelverschiebungen
als auch Neigungen der Büchsenachse auf.
[0003] Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen neue Gießform der eingangs erwähnten
An zu schaffen, welche die Herstellung von Motorblöcken mit gegenüber dem Stand der
Technik höherer Präzision ermöglicht.
[0004] Die diese Aufgabe lösende Vorrichtung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß wengistens eine der Sitzflächen derart konisch ausgebildet ist, daß die Büchsenenden
bei Wärmeausdehnung der Zylinderlaufbüchsen in Vorbereitung und während des Gießens
in Anlage gegen die Sitzflächen verbleiben.
[0005] Vorzugsweise sind die Sitzflächen konisch mit einem Neigungswinkel α1 bzw. α2 zur
Büchsenquerschnittsebene ausgebildet, und die Bedingung

ist erfüllt, worin l die sich zwischen Angriffspunkten an den Sitzflächen erstreckende
axiale Büchsenlänge und r den zugehörigen Radius bezeichnen.
[0006] Durch die Erfindung ist gewährleistet, daß bei Wärmeausdehnung der Laufbüchse diese
unabhängig vom Ausdehnungszustand mit ihren Enden stets gegen die konischen Sitzflächen
anliegt wodurch neben einer Abdichtung gegen flüssiges Gußmaterial eine Zentrierung
der Laufbüchsen gewährleistet ist. Die Büchsenachse kann sich weder parallel verschieben
noch neigen. Nach Abkühlung und Erstarrung des Gußmaterials sind die Laufbüchsen dann
genau in gewünschter Anordnung in den Motorblock eingebunden.
[0007] In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Winkel α1 und α2 gleich
groß und gleich einem Winkel α, so daß gilt:

, worin d = 2r einen zu einer Länge l gehörigen Büchsendurchmesser bezeichnet. Bei
einer Laufbüchse mit konischen Endflächen müssen die Bedingungen

und

für jeden Radius r vom Innen- bis zum Außenradius der Laufbüchse und die jeweils
zugehörigen Längen l erfüllt sein. Während bei der Ausführungsform mit unterschiedlichen
Winkeln α1 und α2 bei der Wärmeausdehnung eine axiale Schwerpunktverschiebung der
Zylinderlaufbüchse auftritt kommt es bei gleich großen Winkeln α1 und α2 zu keiner
solchen Verschiebung.
[0008] In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Zylinderlaufbüchsen entsprechend
den Sitzflächen geneigte konische Endflächen auf. Vorteilhaft sind durch derart aneinander
angepaßte Sitz- und Büchsenendflächen die Zentrierwirkung verbessernde Führungen gebildet.
Indem die aneinander angepaßten Flächen verhältnismäßig leichtgängig aufeinander gleiten,
kann während des Gießvorgangs die Gußform durch die Wärmeausdehnung der Laufbüchsen
nicht beschädigt werden.
[0009] In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung können die Endflächen über
die Sitzflächen hinaus vorstehen, wodurch jeweils eine Ringhinterschneidung gebildet
wird, die durch das Gußmaterial ausgefüllt werden kann und für eine besonders feste
Einbindung der Laufbüchse in das Gußmaterial sorgt.
[0010] Vorzugsweise kommen als Gußmaterial für den Block Aluminium oder eine Aluminiumlegierung
und als Material für die Laufbüchse Grauguß Aluminium oder eine Aluminiumlegierung
in Betracht.
[0011] Die Zylinderlaufbüchsen können außenseitig mit einer Profilierung versehen sein,
durch die sowohl axiale Verschiebungen als auch Verdrehungen erschwert und die Laufbüchsen
damit besonders fest in das Gußmaterial eingebettet sind.
[0012] Zur festen Verbindung der Zylinderlaufbüchsen mit dem Gußmaterial könnte außenseitig
auch eine Beschichtung vorgesehen sein, durch die eine metallische Verbindung zwischen
den Laufbüchsen und dem Gußmaterial hergestellt wird. Eine solche Beschichtung könnte
z.B. aus AlSi5, AlSi9 oder Zn bestehen.
[0013] Die Erfindung soll nun anhand von Ausführungsbeispielen und der beiliegenden, sich
auf diese Ausführungsbeispiele beziehenden Zeichnungen näher erläutert und beschrieben
werden. Es zeigen:
- Fig. 1
- eine Teilschnittansicht einer erfindungsgemäßen Gießform,
- Fig. 2
- ein Detail der Teilschnittansicht von Fig. 1,
- Fig. 3
- eine Ansicht zur Erläuterung der Vorgänge bei der Wärmeausdehnung einer in die Gießform
von Fig. 1 einbezogenen Zylinderlaufbüchse, und
- Fig. 4
- eine der Fig. 3 entsprechende Ansicht zur Erläuterung der Vorgänge bei der Wärmeausdehnung
einer Zylinderlaufbüchse in einer Gießform gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel
nach der vorliegenden Erfindung.
[0014] In den Figuren sind mit den Bezugszeichen 1 bis 4 zusammenfügbare Teile einer Gießform
zur Herstellung eines mehrere Zylinder aufweisenden Motorblocks bezeichnet. Die Gießformen
bestehen aus Sand, dem ein Kunstharzbindemittel zugesetzt ist. In den Schnittdarstellungen
von Fig. 1 und 2 ist ein Teil einer Zylinderlaufbüchse 5 für einen der Zylinder sichtbar.
Die aus Grauguß bestehende Zylinderlaufbüchse 5 bildet ein weiteres Teil der Gießform.
Entsprechend grenzt sie mit ihrer Außenfläche an einen auszugießenden Formhohlraum
6 an, welcher ansonsten durch die genannten Gießformteile 1 bis 4 begrenzt ist. Der
Formhohlraum 6 umfaßt die in Fig. 1 und 2 am engsten schraffierten Bereiche.
[0015] In dem Formhohlraum 6 erstrecken sich ausbrennbare Dome 7, 8 und 9, wobei ein an
den Dorn 9 angrenzender, doppelt schraffierter Bereich zum Abtragen des Gußmaterials
im Rahmen einer Nachbearbeitung vorgesehen ist.
[0016] Das Gießformteil 2 umfaßt einen leicht konischen Dorn 12, auf welchem die Zylinderlaufbüchse
5 aufsitzt. Der Dorn 12 weist eine der Büchseninnenseite zugewandte Mantelfläche 11
auf. Sitzflächen 13 und 14 bilden einen Sitz für die Zylinderlaufbüchse 5, wobei die
konische Sitzfläche 14 an dem Gießformteil 1 und die konische Sitzfläche 13 an dem
Gießformteil 2 geformt ist. Der Dorn 12 des Gießformteils 2 erstreckt sich in eine
zu der Zylinderlaufbüchse 5 koaxiale Ausnehmung 15.
[0017] Mit dem Bezugszeichen 16 ist ein in dem Formhohlraum 6 angeordneter Kern für die
Bildung eines Kühlmittelhohlraums bezeichnet. Das Bezugszeichen 17 weist auf einen
Bereich hin, welcher wie der Bereich 10 zum Abtragen von Gußmaterial durch spanabhebende
Nachbearbeitung vorgesehen ist. Auch ein dem Dorn 12 zugewandter Teil der Zylinderlaufbüchsen
5 wird später abgetragen.
[0018] Wie insbesondere aus der Fig. 2 hervorgeht, weist die Laufbüchse 5 an ihren Enden
neben jeweils an die Sitzflächen 13 und 14 angepaßten Konusflächen eine Abstufung
18 auf, die zur Herstellung einer festen Verbindung zwischen dem Gußmaterial und der
Zylinderlaufbüchse beiträgt und insbesondere axialen Verschiebungen der Laufbüchse
entgegenwirkt. Die genannten Konusflächen könnten über die konischen Sitzflächen unter
Bildung einer ringförmigen, durch Gußmaterial ausfüllbaren Hinterschneidung überstehen.
[0019] Die Funktion der in den Fig. 1 und 2 beschriebenen Gießform soll nun unter Einbeziehung
von Fig. 3 erläutert werden.
[0020] Die Gießform wird unter Zusammenfügung der Gießformteile 1 bis 4 und der Zylinderlaufbüchse
5 zusammengesetzt, wobei der Formhohlraum 6 entsteht. Die an den Formhohlraum 6 angrenzende
Zylinderlaufbüchse 5 ist unbeweglich in ihrem durch die konischen Sitzflächen 13 und
14 gebildeten Sitz gehaltert.
[0021] In Vorbereitung des Gießens werden die Laufbüchsen über eine (nicht gezeigte) Induktionsheizeinrichtung
aufgeheizt, wodurch sie sich ausdehnen.
[0022] Beim Eingießen von Gußmaterial in den Formhohlraum 6, in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel
von Aluminium, kommt es zu einer weiteren Erhitzung und Ausdehnung der Laufbüchsen
5.
[0023] Wie Fig. 3 zu entnehmen ist, entfernt sich bei dieser Ausdehnung die Innenseite der
Laufbüchse 5 von der Mantelsitzfläche 11 des Dorns 12 um den Betrag Δr, d.h. der Innenradius
r der Büchse wächst um Δr. Gleichzeitig mit dieser Aufweitung der Büchse 5 vergrößert
sich die Länge l der Büchse 5 an ihrem Innenradius um den Betrag Δl1 + Δl2. Diese
Längenänderung am Innenradius und alle anderen Änderungen der Längsausdehnung der
Büchse 5 bei Wärmeeinwirkung sind im Verhältnis zum jeweiligen Ausgangsradius so bemessen,
daß die Büchse 5 mit ihren konischen Endflächen in Anlage gegen die konischen Sitzflächen
13 und 14 verbleibt und durch die konischen Sitzflächen 13 und 14 so geführt ist,
daß es weder zu einer unerwünschten Neigung der Büchsenachse noch zu ihrer Parallelverschiebung
kommen kann. Die Zylinderlaufbüchse wird daher trotz ihrer Wärmeausdehnung unabhängig
vom Ausdehnungszustand stets in einer solchen Position gehalten, daß sie nach Abkühlung
des Gußmaterials genau in der vorgesehenen Lage und Position in den Motorblock eingebunden
ist.
[0024] Die beschriebene Ausdehnung der Zylinderlaufbüchse 5 unter Gleitanlage gegen die
konischen Sitzflächen 13 und 14 ist, wie durch die nachfolgende Rechnung gezeigt werden
kann, gewährleistet, wenn die Bedingung

erfüllt ist.
[0025] Für die Änderung Δl der Länge l und Δr des Radius r gilt

bzw.

worin a ein den Längenausdehnungskoeffizienten enthaltener Faktor ist.
[0026] Andererseits gilt für die Längenänderung Δl die Beziehung

d.h. die Längenänderung Δl verteilt sich auf die Längenänderung Δl1 und Δl2, wie
aus Fig. 3 hervorgeht.
[0027] Wie Fig. 3 ferner zu entnehmen ist, gilt

sowie

[0028] Setzt man (4) und (5) und danach (1) und (2) in (3) ein, so gelangt man zu der obengenannten
Bedingung.
[0029] Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 3 sind die Winkel α1 und α2 annähernd gleich
groß. Bei dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel geht der Winkel α1 gegen Null.
Die Längenänderung Δl der Länge l ist daher gleich Δl2 und der

in der obengenannten Beziehung ist gleich Null. Daraus ergibt sich für das Ausführungsbeispiel
von Fig. 4 die Bedingung:

.
[0030] Für den Fall, daß die Winkel α1 und α2 gleich groß und gleich einem Winkel α sind,
ergibt sich:

. Daraus erhält man

, wobei d gleich dem Innendurchmesser der Laufbüchse, dem Außendurchmesser oder einem
zwischen Innendurchmesser und Außendurchmesser gelegenen Durchmesser ist und l die
jeweils zugehörige Büchsenlänge bezeichnet.
1. Vorrichtung für die Herstellung eines Motorblocks mit zum Verbund mit Gußmaterial
in eine Gießform einbezogenen, jeweils an einem Sitz gehaltenen Zylinderlaufbüchsen
(5), wobei der Sitz an den Büchsenenden angreifende Sitzflächen (13,14) aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
daß wenigstens eine der Sitzflächen (13,14) konisch mit einem Neigungswinkel zur Büchsenquerschnittsebene
derart ausgebildet ist, daß die Büchsenenden bei Wärmeausdehnung der Zylinderlaufbüchsen
(5) in Vorbereitung und während des Gießens in Anlage gegen die Sitzflächen (13,14)
verbleiben.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Neigungswinkel α1 bzw. α2 der Sitzflächen (13,14) die Bedingung

erfüllt, worin l die sich zwischen Angriffspunkten an den Sitzflächen (13,14) erstreckende
Büchsenlänge und r den zugehörigen Radius bezeichnen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Winkel α1 und α2 gleich groß sind, so daß gilt:

, worin d einen zur Büchsenlänge l zugehörigen Durchmesser bezeichnet und α gleich
αl bzw. α2 ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zylinderlaufbüchsen entsprechend den Sitzflächen (13,14) geneigte konische
Endflächen aufweisen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Endflächen unter Bildung einer durch das Gußmaterial ausfüllbaren Ringhinterschneidung
über die Sitzflächen hinaus vorstehen.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Gußmaterial Aluminium oder eine Aluminiumlegierung ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Büchsenmaterial Grauguß, Aluminium oder eine Aluminiumlegierung ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zylinderlaufbüchsen außenseitig profiliert sind.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zylinderlaufbüchsen außenseitig eine Beschichtung zur Herstellung einer metallischen
Verbindung zwischen den Laufbüchsen und dem Gußmaterial aufweist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Beschichtung AlSi5, AlSi9 oder/und Zn aufweist.
11. Verfahren für die Herstellung eines Motorblocks, wobei zum Verbund mit Gußmaterial
in eine Gießform für den Motorblock Zylinderlaufbüchsen (5) einbezogen, an einem Sitz
gehaltert und an den Büchsenenden angreifende Sitzflächen gebildet werden,
dadurch gekennzeichnet,
daß wenigstens eine der Sitzflächen (13,14) konisch mit einem Neigungswinkel zur Büchsenquerschnittsebene
derart ausgebildet wird, daß die Büchsenenden bei Wärmeausdehnung der Zylinderlaufbüchsen
(5) in Vorbereitung und während des Gießens in Anlage gegen die Sitzflächen verbleiben.