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(11) | EP 1 440 749 B1 |
| (12) | EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
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Verfahren zur Herstellung eines Zylinderblockes im Verbundguss für eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine Method for manufacturing a cylinder block for a liquid cooled internal combustion engine Procédé de fabrication d'un bloc-cylindres pour un moteur à combustion interne à refroidissement liquide |
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| Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen). |
[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Zylinderblockes im Verbundguss für eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine, bei dem mehrere miteinander einstückig verbundene Zylinderrohre aus einer AluminiumLegierung als ein gegossenes Insert in einer ein Zylinderblock-Gehäuse ausbildenden Gießform mit einer Magnesium-Legierung umgossen wird, wobei die Zylinderrohre in einem Endabschnitt über eine angeformte, die Zylinderrohre für einen zylinderkopfseitig offenen Kühlmittelraum beabstandet umlaufende Hüllwand mit dem Gehäuse in Umgußverbindung gebracht werden.
[0002] Ein derartiger im Verbundguss hergestellter Zylinderblock ist beispielsweise aus der DE 44 09 750 A1 bekannt, wobei das in ein Maschinengehäuse aus einer Magnesium-Legierung eingegossene, die Zylinderrohre umfassende Insert als Aluminium-Druckgussteil ausgebildet ist. Da bekanntlich Druckgussteile geringe maßliche Toleranzabweichungen aufweisen, kann beim Druckgießen des bekannten Maschinengehäuses der im Insert angeordnete Kühlmittelraum mit einem Formkem zur Gänze ausgefüllt werden, um ein Eindrücken der Hüllwand unter dem Gießdruck zu vermeiden.
[0003] Die Vorgehensweise der Verfüllung eines hohlen, in einem Druckgussteil eingesetzten Inserts ist aus der deutschen Patentschrift DE 41 02 358 C2 bekannt, wobei als Insert dienende Portliner in Abgaskanälen eines im Druckguss herzustellenden Zylinderkopfes vor dem Druckgießen mit einem Kernmedium zur Aufnahme des Gießdruckes gefüllt werden.
[0004] Schließlich ist aus der US 5,862,852 ein Druckgießverfahren für ein Zylinderkurbelgehäuse bekannt, bei dem nach dem Druckgießen des Gehäuses aus einer Alu-Legierung in die Zylinderbohrungen in derselben Druckgussform mittels variabler Schieber Laufbuchsen eingegossen werden. Um eine Verformung der Zylinderwandungen beim Eingießen der Laufbuchsen zu vermeiden, verbleibt in einem jeden der Zylinderbohrung benachbartem Kühlmittelraum der mit der Druckgießform verbundene Formkern zur Kühlmittelraum-Bildung.
[0005] Als weiterer Stand der Technik für ein gattungsgemäß gestaltetes Maschinengehäuse ist noch die Offenlegungsschrift DE 101 12 132 A1 zu nennen.
[0006] Keinem der vorgenannten Dokumente ist ein Hinweis oder eine Anregung dafür zu entnehmen, wie bei einem gattungsgemäßen, in einem Kokillenguss gefertigten Insert mit verfahrensbedingt größeren Maßabweichungen ein Eindrücken der Hüllwand unter dem Gießdruck des in eine Druckgießform eingesetzten Inserts sicher vermieden ist, nachdem übliche Formkerne im Kühlmittelraum wegen der erheblichen Maßabweichungen kaum an der Hüllwand zur Anlage kommen.
[0008] Die Erfindung ist , dass die Hüllwand des in einem Kokillenguss gefertigten Inserts auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt wird und dass die erwärmte Hüllwand in dem in die Druckgießform des Zylinderblock-Gehäuses einzusetzenden Insert über in der Druckgießform angeordnete Mittel um ein vorbestimmtes Maß von den Zylinderrohren weg nach außen verformt wird, wobei die Zwangs ― Verformung bis zum Erkalten der Magnesium-Legierung des Zylinderblock-Gehäuses beibehalten wird.
[0009] In einer ersten Ausgestaltung der Erfindung dient als Mittel zur Hüllwand-Verformung ein in der Druckgießform fest angeordneter Drückkern, der im Kühlmittelraum um die Zylinderrohre einseitig auf die Hüllwand kraft- und formschlüssig nach außen verformend einwirkt beim Einsetzen des Inserts in die Gehäuse-Druckgießform, wobei der Drückkern mindestens über eine einer Gußschräge entsprechend geneigte Begrenzung auf die Hüllwand einwirkt.
[0010] In einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung dient als Mittel zur Hüllwand-Verformung ein in der Druckgießform gesteuert beweglich angeordneter Drückkern, der am in die Gehäuse-Druckgießform fest eingesetzten Insert beim gesteuerten Eindringen in den Kühlmittelraum einseitig auf die Hüllwand kraftund formschlüssig über eine schief geneigte Begrenzung nach außen verformend einwirkt.
[0011] Mit der erfindungsgemäß einseitigen Abstützung der Hüllwand erübrigt sich in vorteilhafter Weise eine Verfüllung des Kühlmittelraumes mit einem Kernmedium, mit dem neben einer aufwendigen Handhabung in nachteiliger Weise die Zylinderrohre zur Abstützung dienen würden mit der Folge unerwünschter Verformungen.
[0012] Weiter erfährt die Hüllwand mit der erfindungsgemäßen Erwärmung eine erhöhte Duktilität für ihre plastische Verformung, wodurch in vorteilhafter Weise Materialrisse in der Hüllwand vermieden sind.
[0013] Kern der Erfindung ist, eine durch das Kokillengießen des Inserts mit starken Toleranzschwankungen um sämtliche Zylinderrohre umlaufende Hüllwand zwecks einer vorbestimmten Verformung an vielen Punkten zu beaufschlagen, wobei zunächst nicht am Abstützmittel anliegende Hüllwandbereiche durch den Gießdruck zur Anlage gebracht werden, so dass schließlich eine zylinderkopfseitige Öffnung des Kühlmittelraumes durch eine Festlegung der Gesamttoleranzen im vorgegebenen Nennmaß mit geringen Abweichungen erzielt wird.
[0014] Weiter kann durch eine erfindungsgemäße Abstimmung des Maßes der Hüllwand-Verformung mit dem Schrumpfmaß der für das Zylinderblock-Gehäuse verwendeten Magnesium-Legierung erreicht werden, dass bei etwas stärkerer Hüllwand-Verformung gegenüber dem Schrumpfmaß die metallische Verbindung zwischen Alu- Insert und Magnesium-Gehäuse nach dem Erkalten des Verbundgußstückes sicher gegeben ist.
[0016] Bei einem Verfahren zur Herstellung eines Zylinderblockes 1 im Verbundguss für eine flüssigkeitsgekühlte, nicht näher gezeigte Brennkraftmaschine wird ein mehrere in Reihe miteinander einstückig verbundene Zylinderrohre 2 aus einer Alu-Legierung umfassendes, gegossenes Insert 3 in einer ein Zylinderblock-Gehäuse 4 ausbildenden Druckgießform mit einer Magnesium-Legierung umgossen. Dabei werden die Zylinderrohre 2 in einem Endabschnitt über eine angeformte, die Zylinderrohre 2 für einen zylinderkopfseitig offenen Kühlmittelraum 5 beabstandet umlaufende Hüllwand 6 mit dem Gehäuse 4 in eine Umgussverbindung gebracht.
[0017] Das vorbeschriebene Insert 3 ist in einem Kokillenguss gefertigt, bei dem bekanntlich relativ große Maßabweichungen auftreten. Dies bedeutet, für die Hüllwand 6 trotz der erheblichen Maßtoleranzen eine geeignete Abstützung zu finden, die bei der Durchführung des Verbundgußverfahrens ein Eindrücken der Hüllwand 6 durch den Druck des im Druckgießverfahrens erzeugten Zylinderblock-Gehäuses 4 verhindert.
[0018] Hierzu wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Hüllwand 6 des in Kokillenguß gefertigten Inserts 3 auf eine vorbestimmte Temperatur zur Steigerung der Duktilität erwärmt wird und dass die erwärmte Hüllwand 6 in dem in die Druckgießform 7 des Zylinderblock-Gehäuses 4 einzusetzenden Insert 3 über in der Druckgießform 7 angeordnete Mittel 8 um ein vorbestimmtes Maß von den Zylinderrohren 2 weg nach außen verformt wird derart, dass das Maß der Verformung zumindest dem Schrumpfmaß der erkaltenden Magnesium-Legierung des Zylinderblock-Gehäuses 4 entspricht.
[0019] Als Mittel 8 zur Hüllwand-Verformung dient ein in der Druckgießform 7 fest angeordneter Drückkern 8', der im Kühlmittelraum 5 um die Zylinderrohre 2 einseitig ― wie in der unmaßstäblichen Skizze übertrieben dargestellt ― auf die Hüllwand 6 kraft- und formschlüssig nach außen verformend einwirkt beim Einsetzen des Inserts 3 in die Gehäuse-Druckgießform 7. Wesentlich hierbei ist, dass der Drückkern 8' mindestens über eine einer Gußschräge entsprechend geneigte Begrenzung 9 auf die Hüllwand 6 einwirkt, wodurch der Drückkern 8' beim Endringen in den Kühlmittelraum 5 mit der Hüllwand 6 gleitend zusammenwirkt und damit eine Abstützung der Hüllwand 6 über ihre wesentliche Höhe erzielt wird. Der mit der Druckgießform 7 fest verbundene Drückkern 8' ist von den Zylinderrohren 2 auf Abstand angeordnet.
[0020] In einer andere Ausgestaltung der Erfindung dient als Mittel 8 zur Hüllwand-Verformung ein in der Druckgießform gesteuert beweglich angeordneter Drückkern, der am in die Gehäuse-Druckgießform fest eingesetzten Insert beim gesteuerten Eindringen in den Kühlmittelraum auf die Hüllwand kraft- und formschlüssig über eine geneigte Begrenzung nach außen verformend einwirkt.
- bei dem mehrere in Reihe miteinander einstückig verbundene Zylinderrohre (2) aus einer Alu-Legierung als ein gegossenes Insert (3) in einer ein Zylinderblock-Gehäuse (4) ausbildenden Gießform mit einer Magnesium-Legierung umgossen wird, wobei
- die Zylinderrohre (2) in einem Endabschnitt über eine angeformte, die Zylinderrohre
(2) für einen zylinderkopfseitig offenen Kühlmittelraum (5) beabstandet umlaufende
Hüllwand (6) mit dem Gehäuse (4) in eine Umgußverbindung gebracht werden,
dadurch gekennzeichnet,
- dass die Hüllwand (6) des in einem Kokillenguß gefertigten Inserts (3) auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt wird, und
- dass die erwärmte Hüllwand (6) in dem in eine Druckgießform (7) des Zylinderblock-Gehäuses (4) einzusetzenden Insert (3) über in der Druckgießform (7) angeordnete Mittel (8) um ein vorbestimmtes Maß von den Zylinderrohren (2) weg nach außen verformt wird , wobei
- die Zwangs- Verformung bis zum Erkalten der Magnesium-Legierung des Zylinderblock - Gehäuses (4) beibehalten wird.
- dass als Mittel (8) zur Hüllwand-Verformung ein in der Druckgießform (7) fest angeordneter Drückkem (8') dient, der
- im Kühlmittelraum (5) um die Zylinderrohre (2) einseitig auf die Hüllwand (6) kraft- und formschlüssig nach außen verformend einwirkt beim Einsetzen des Inserts (3) in die Gehäuse-Druckgießform (7), wobei
- der Drückkern (8') mindestens über eine einer Gußschräge entsprechend geneigte Begrenzung (9) auf die Hüllwand (6) einwirkt.
- dass als Mittel (8) zur Hüllwand-Verformung ein in der Druckgießform gesteuert beweglich angeordneter Drückkem dient, der
- am in die Gehäuse-Druckgießform fest eingesetzten Insert beim gesteuerten Eindringen in den Kühlmittelraum auf die Hüllwand kraft- und formschlüssig über eine geneigte Begrenzung nach außen verformend einwirkt.
- in which a plurality of cylinder tubes (2), which are connected to one another in one piece in series, made of an aluminium alloy, are cast in as a cast insert (3) in a casting mould forming a cylinder block housing (4), with a magnesium alloy, wherein
- the cylinder tubes (2) are brought into a casting connection with the housing (4) in an end section via a moulded-on enveloping wall (6) surrounding the cylinder tubes (2) at a distance for a coolant space (5) which is open on the cylinder head side,
characterised in that- the enveloping wall (6) of the insert (3) produced in a permanent mould casting is heated to a predetermined temperature, and
- in that the heated enveloping wall (6) in the insert (3) to be inserted into a diecasting mould (7) of the cylinder block housing (4) is deformed outwardly by a predetermined amount away from the cylinder tubes (2) via means (8) arranged in the diecasting mould (7), wherein
- the forcible deformation is maintained until the magnesium alloy of the cylinder block housing (4) cools down.
- a pressure core (8') rigidly arranged in the diecasting mould (7) is used as means (8') for deformation of the enveloping wall, and
- acts in the coolant space (5) around the cylinder tubes (2) in a frictional and positive manner, on one side of the enveloping wall (6), so as to outwardly deform it, wherein
- the pressure core (8') acts on the enveloping wall (6) at least via a limitation (9) inclined according to a casting slope.
- a pressure core arranged so as to be movable in a controlled manner in the diecasting mould is used as means (8) for deformation of the enveloping wall, and
- at the insert rigidly inserted into the housing diecasting mould, during controlled penetration into the coolant space, acts in a frictional and positive manner on the enveloping wall via an inclined limitation so as to outwardly deform it.
- plusieurs chemises de cylindre (2) en alliage d'aluminium raccordées d'un seul tenant les unes aux autres en série sont surmoulées avec un alliage de magnésium pour former un insert moulé (3) dans un moule formant un carter de bloc-cylindres (4), et
- les chemises de cylindre (2) sont raccordées au carter (4) par surmoulage dans une section terminale par une paroi d'enveloppe (6) formée qui entoure en en étant séparée les chemises de cylindre (2) pour une chambre de fluide de refroidissement (5) ouverte du côté de la culasse,
caractérisé en ce que- la paroi d'enveloppe (6) de l'insert (3) fabriqué par moulage en coquille est chauffée à une température prédéterminée, et
- la paroi d'enveloppe (6) chauffée est déformée dans une mesure prédéterminée vers l'extérieur en s'éloignant des chemises de cylindre (2), et ce dans l'insert (3) à introduire dans un moule à couler sous pression (7) du carter de bloc-cylindres (4), grâce à des moyens (8) placés dans le moule à couler sous pression (7), et
- la déformation forcée est maintenue jusqu'au refroidissement de l'alliage de magnésium du carter de bloc-cylindres (4).
caractérisé en ce que
- le moyen (8) permettant la déformation de la paroi d'enveloppe est constitué par un noyau de formage (8') fixe dans le moule à couler sous pression (7),
- le noyau de formage dans la chambre de fluide de refroidissement (5) autour des chemises de cylindre (2), a une action unilatérale déformante par force et par complémentarité de forme s'exerçant vers l'extérieur sur la paroi d'enveloppe (6), lorsque l'insert (3) est introduit dans le moule à couler sous pression (7) du carter, et
- le noyau de formage (8') agit sur la paroi d'enveloppe (6) au moins par l'intermédiaire d'une bordure (9) inclinée conformément à une inclinaison de moulage.
caractérisé en ce que
- le moyen (8) permettant la déformation de la paroi d'enveloppe est constitué par un noyau de formage mobile et commandé dans le moule à couler sous pression, et
- le noyau de formage au niveau de l'insert introduit fixement dans le moule à couler sous pression du carter, a une action déformante par force et par complémentarité de forme s'exerçant vers l'extérieur sur la paroi d'enveloppe du carter grâce à une bordure inclinée, lorsque l'insert est introduit de manière contrôlée dans la chambre de fluide de refroidissement.
caractérisé en ce que
la déformation de la paroi d'enveloppe (6) permet d'obtenir l'ouverture de la chambre de fluide de refroidissement (5) du côté de la culasse en définissant des tolérances globales dans une dimension nominale prédéterminée avec de faibles déviations.
caractérisé en ce que
la mesure de la déformation de la paroi d'enveloppe (6) correspond au moins à la valeur de retrait de l'alliage de magnésium du carter de bloc-cylindres (4) en refroidissement.