Gießvorrichtung zum Gießen von Zylinderkurbelgehäusen nach dem Niederdruckverfahren

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Gießvorrichtung zum Gießen von Zylinderkurbelgehäusen nach dem Niederdruckverfahren.

[0002] Aus der EP 1 779 943 B1 ist eine Gießvorrichtung mit einem einen Schmelztiegel zur Aufnahme von Metallschmelze bildenden, mit Überdruck beaufschlagbaren Ofenraum bekannt, sowie mit einer oberhalb des Ofenraums angeordneten Gussform. Bestandteil der Gussform ist ein die Außenkontur des zu gießenden Zylinderkurbelgehäuses gießtechnisch abbildender Formhohlraum. Ferner vorgesehen ist ein den Ofenraum und die Gussform verbindendes Steigrohr zum Füllen des Formhohlraums mit Metallschmelze von unten her.

[0003] In Bezug auf die Gießanlage nach der EP 1 779 943 B1 hat sich herausgestellt, dass bei einer derartigen Gießvorrichtung hinsichtlich des Metalleintrags und des Speisungsvermögens in kritischen Werkstückbereichen Verbesserungsbedarf besteht.

[0004] Eine Gießvorrichtung zum Gießen von Zylinderkurbelgehäusen mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 ist aus der US 5,477,906 bekannt. Auch die EP 1 498 197 A1 und die JP 2004 136323 A zeigen ähnliche Gießvorrichtungen. Gemeinsam ist diesen eine Anordnung des Formhohlraums derart, dass dieser gießtechnisch die Kurbelwellenlagerstühle oben, und die Zylinderkopfdeckflächen unten abbildet.

[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine hinsichtlich des Speisungsdrucks und der Formtemperierung in kritischen Werkstückbereichen verbesserte Gießvorrichtung zu schaffen.

[0006] Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Gießvorrichtung zum Gießen von Zylinderkurbelgehäusen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen.

[0007] Die Vorteile dieser Gießvorrichtung bestehen im schnelleren Metalleintrag unter Ausbildung einer feinen Gefügestruktur im Bereich vor allem der Lagerstühle des Zylinderkurbelgehäuses, bei gleichzeitig optimaler Dichtspeisung im Angussbereich auf der Zylinderkopfdichtfläche.

[0008] Die Gießanlage weist zur Bildung von Zylinderhohlräumen des Zylinderkurbelgehäuses als Kern von außen her durch die Gussform und durch die Zylinderkopfdeckflächen der Außenkontur bis in den Formhohlraum hineinragend einfahrbare metallische Pinolen auf. Derartige Pinolen und deren Vorteile sind aus der EP 1 779 943 B1 bekannt, auf welche insbesondere auch bezüglich der Maßnahmen für eine präzise Positionierung der Pinolen und der Programmierbarkeit ihres Ein- und Ausfahrens in und aus der Gussform verwiesen wird. Aufgrund der im Vergleich zu der Anordnung nach der EP 1 779 943 B1 umgekehrten, d. h. um ca. 180° um eine horizontale Achse gedrehte Anordnung, werden die Pinolen von unten her, senkrecht durch die Außenkontur der gießtechnisch abgebildeten Zylinderkopfdeckflächen der einzelnen Zylinder in den Formhohlraum ein- und ausgefahren. Abhängig von der geometrischen Formgebung und der Bauform des zu gießenden Zylinderkurbelgehäuses, z. B. Reihen-, V-, W- Motoren, sind die Pinolen so angeordnet, dass sie in einem Winkelbereich von 0 bis +/- 80° zu der Vertikalen linear bzw. translatorisch bewegt werden.

[0009] Vorteilhafte Ausgestaltungen der Gießvorrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.

[0010] Mit einer Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass das Steigrohr außerhalb des Ofenraums einen Rohrabschnitt zur Überbrückung der Distanz zwischen dem Ofenraum und der Gussform aufweist, welcher vorzugsweise eine Länge von 20 bis 80 cm aufweist. Die Länge des Rohrabschnitts variiert dabei abhängig von der Gießlage des Gussstücks, welche wiederum z. B. abhängig ist von der Bauform der zu gießenden Zylinderkurbelgehäuses sowie weiterer baulicher Maßnahmen zwischen dem Ofenraum und der Gussform. Die vorgeschlagene Länge von 20 bis 80 cm des Rohrabschnitts bemisst sich dabei von seinem unteren Ende direkt oberhalb des Austritts des Steigrohrs aus dem Ofenraum bis zu seinem oberen Ende an der Einmündung des durch das Steigrohr gebildeten Speisekanals in den Formhohlraum.

[0011] Ferner weist bei einer weiteren Ausgestaltung der Rohrabschnitt eine thermische Isolation und/oder eine Zusatzheizung auf. Durch diese Maßnahmen kann gewährleistet werden, dass die Temperatur der in diesen Rohrabschnitt aufsteigenden Metallschmelze gehalten werden kann. Ferner ist es durch die Zusatzheizung möglich, die Temperatur kurz vor Eintritt in den Formhohlkörper durch eine Temperaturregelung exakt zu steuern. Mögliche Unregelmäßigkeiten der Temperatur im Ofenraum können ausgeglichen werden.

[0012] Mit einer weiteren Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass sich an das Steigrohr eine Verzweigung anschließt. Dies ermöglicht eine Ausgestaltung der Gießanlage derart, dass zum Gießen mehrerer Gussstücke mit einem Abguss oder bereits für einen verbesserten Zulauf der Metallschmelze in einen einzelnen Formhohlkörper, sich das Steigrohr mit einem aufgesetzten Verteilersystem verzweigt. Die Verzweigungen über dem Steigrohr können flexibel an für die Qualität des Gussstücks optimale Positionen der Außenkontur des Formhohlkörpers geführt werden. Beispielsweise bei V- und W- Motoren können separate Verzweigungen für jeden Zylinderschenkel, d. h. bei V-Motoren zwei und bei W-Motoren vier Abzweigungen, vorgesehen werden. In dem Fall, dass sich das Steigrohr oberhalb eines unverzweigten Rohrabschnitts verzweigt, gilt für die Länge des Rohrabschnitts dieser Übergang als sein oberes Ende.

[0013] Eine Ausgestaltung der vorgeschlagenen Gießanlage mit mehr als einem Steigrohr ist ebenfalls möglich.

[0014] Gemäß einer weiteren Ausgestaltung sind die Pinolen jeweils mit einer Kühleinrichtung zur Kühlung der Mantelflächen der Pinolen versehen. Die Kühlung kann dabei durch ein flüssiges Kühlmedium im Inneren der Pinolen erfolgen.

[0015] In unterschiedlichen Ausgestaltungen kann die Gussform eine Sand-, eine Kokillenform oder eine Kombination daraus sein. Der Ofenraum enthält eine Leichtmetalllegierung, vorzugsweise eine Aluminiumlegierung.

[0016] Weitere Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung des auf der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels. Die Zeichnung zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer Ausführungsform der Gießvorrichtung in einer seitlichen Ansicht.

[0017] Figur 1 zeigt schematisch in einer seitlichen Schnittdarstellung eine Ausführungsform der Gießanlage zum Gießen eines V-Motors. In einen nicht ganz mit Metallschmelze 10 gefüllten Ofenraum 12 führt abgedichtet und von oben her ein Steigrohr 14 bis in die Metallschmelze 10 vertikal herab. Oberhalb des Ofenraums 12 und des Steigrohrs 14 ist eine Gussform 16 angeordnet, welche in ihrem Inneren einen Formhohlraum 18 umschließt.

[0018] Ersichtlich ist, dass die, das zu gießende Zylinderkurbelgehäuse gießtechnisch abbildende, Außenkontur 20 des Formhohlraums 18 den zu gießenden V-Motor, vereinfacht ausgedrückt, auf dem Kopf stehend abbildet. Der Formhohlraum 18 ist wie ein auf dem Kopf stehendes "Y" angeordnet. Bei dieser Anordnung des Formhohlraums 18 befinden sich jene Formbereiche, welche nach dem Gießen die Zylinderkopfdeckflächen 22 darstellen, unten und, im Falle des dargestellten V-Motors, an den zwei Schenkeln des auf dem Kopf stehenden "Y". Hingegen befindet sich jener Formbereich, dessen flüssigkeitsgekühlte Formteile den späteren Kurbelwellenraum 24 mit den auf der Zeichnung nicht näher dargestellten Kurbelwellenlagerstühlen abbilden, im oberen Bereich der Außenkontur 20 des mit Schmelze zu füllenden Hohlraums 18, also dort, wo die beiden Schenkel des "Y" zusammenlaufen.

[0019] Die Anordnung bei einem Reihenmotor wäre insofern abweichend, als der Formhohlraum 18 dann so angeordnet ist, dass sich jener Formbereich der Gießform, welcher nach dem Gießen die Zylinderkopfdeckfläche darstellt, nach unten direkt zu dem Behälter bzw. Ofenraum 12 hin erstreckt. Auch in diesem Fall bildet jener Formbereich der Gießform, welcher den späteren Kurbelwellenraum einschließlich der Kurbelwellenlagerstühle abbildet, den oberen Teil des mit Schmelze zu füllenden Hohlraums 18.

[0020] Als Formkerne für die späteren Zylinder dienen flüssigkeitsgekühlte Pinolen 28. Diese sind zwischen einer aktiven Arbeitsposition und einer inaktiven Rückzugsposition axial beweglich angeordnet. Bei der dargestellten Ausführungsform für einen V-Motor sind die Pinolen 28 schräg beweglich auf Mittelachsen 26 angeordnet, die zu den Mittelachsen der Zylinderkopfdeckflächen 22 fluchten. Die Pinolen 28 lassen sich durch die Zylinderkopfdeckflächen 22 bis in den Formhohlraum 18 verfahren.

[0021] Die Pinolen 28 sind, um in der gezeigten Position als Gießkerne für die späteren Zylinder zu fungieren, durch entsprechende Ausnehmungen 30 in der Gussform 16 von außen her in den Formhohlraum 18 ein- und ausfahrbar, und sind hierzu z. B. einzeln oder in Gruppen auf längs verfahrbaren Lafetten angeordnet.

[0022] Oberhalb seines abgedichteten Austritts 32 aus dem als Druckbehälter gestalteten Ofenraum 12 weist das Steigrohr 14 einen Rohrabschnitt 34 auf, der die Höhendistanz zwischen dem Ofenraum 12 und dem Eintritt des Steigrohrkanals in den Formhohlraum der Gussform 16 überbrückt.

[0023] Zumindest auf einem Teilabschnitt ist der Rohrabschnitt 34 mit einer Zusatzheizung 36 versehen, die vorzugsweise elektrisch betrieben wird. Auch Verzweigungsrohre 40 können mit Zusatzheizungen versehen sein. Zudem kann auch die Verzweigung 38 selbst in geeigneter Weise beheizt sein, um die Temperatur der aufsteigenden Metallschmelze auf dem für das Gießen erforderlichen Niveau zu halten.

[0024] An einen im Wesentlichen gerade verlaufenden Abschnitt des Rohrabschnitts 34, dessen Länge L zwischen 20 und 80 cm betragen kann, schließt sich, noch knapp unterhalb der Gussform 16, die Verzweigung 38 des Steigrohrs 14 an. An der Verzweigung 38 teilt sich das Steigrohr 14 und damit auch der Steigrohrkanal in zwei oder mehr Verzweigungsrohre eines Verzweigungssystems 40, wodurch jeweils ein Verzweigungsrohr zu dem die inneren Zylindermantelflächen 42 abbildenden Bereich des Formhohlraums 18 führt, und dort senkrecht in den die späteren Zylindermantelflächen 42 abbildenden Bereich des Formhohlraums 18 einmündet.

[0025] Im Niederdruckverfahren wird der Ofenraum 12 mit einem Druck P beaufschlagt, was zur Förderung der Schmelze in längs des Steigrohrs führt. Die Druckbeaufschlagung erfolgt durch Pressluft oder durch ein inertes Gas aus einem Druckspeicher.

[0026] Als Folge der Druckbeaufschlagung P wird kontinuierlich Metallschmelze 10, z. B. eine Aluminiumschmelze oder eine Schmelze aus einer anderen Leichtmetalllegierung, von unten her in das Steigrohr 14 gefördert, und steigt darin hoch. Dies kann auch gleichzeitig über mehrere parallele Steigrohre 14 erfolgen. Zuvor wurden bereits alle Pinolen 28 in ihre Arbeitsposition, also in ihre aktive Stellung im Formraum, bewegt.

[0027] Die Schmelze gelangt über den Rohrabschnitt 34 und gegebenenfalls über die Verzweigung 38 von unten her zunächst nur in den die späteren Zylindermantelflächen 42 abbildenden Teil des Formhohlraums 18 und damit auch in den Bereich rund um die eingefahrenen, d. h. hineingefahrenen, Pinolen. Mit weiterer Zufuhr von Schmelze steigt diese im Formraum weiter an und sie gelangt erst dann auch in den oberen, das spätere Zylinderkurbelgehäuse mit den Lagerstühlen für die Kurbelwellenlager abbildenden Teil der Gussform, bis schließlich das Innere der Gussform 16 komplett mit Schmelze ausgefüllt ist. Dieser Einspeisungsprozess der Metallschmelze führt zur Ausbildung einer besonders feinen Gefügestruktur bei der anschließenden gesteuerten oder ungesteuerten Erstarrung der Schmelze, bevor schließlich die Pinolen 28 in ihre inaktive Stellung zurückgefahren werden.

Bezugszeichenliste

[0028] 

10

Metallschmelze

12

Ofenraum, Behälter mit Schmelze

14

Steigrohr

16

Gussform

18

Formhohlraum, Hohlraum

20

Außenkontur

22

Zylinderkopfdeckfläche

24

Kurbelwellenraum

26

Mittelachse

28

Pinole

30

Ausnehmung

32

Austritt

34

Rohrabschnitt

36

Zusatzheizung

38

Verzweigung

40

Verzweigungssystem, Verzweigungsrohre

42

Zylindermantelfläche

L

Länge

P

Druckbeaufschlagung

Ansprüche

1. Gießvorrichtung zum Gießen von Zylinderkurbelgehäusen nach dem Niederdruckgießverfahren, mit einem einen Schmelztiegel zur Aufnahme von Metallschmelze (10) bildenden, mit Überdruck beaufschlagbaren Ofenraum (12), einer oberhalb des Ofenraums (12) angeordneten Gussform (16) mit einem die Außenkontur (20) des zu gießenden Zylinderkurbelgehäuses gießtechnisch abbildenden Formhohlraum (18), und einem den Ofenraum (12) und die Gussform (16) verbindenden Steigrohr (14) zum Füllen des Formhohlraums (18) mit Metallschmelze (10) von unten her, wobei der Ofenraum (12) eine Leichtmetalllegierung, vorzugsweise eine Aluminiumlegierung, enthält, und wobei der Formhohlraum (18) derart angeordnet ist, dass dieser gießtechnisch die Kurbelwellenlagerstühle oben, und die Zylinderkopfdeckflächen (22) unten abbildet, gekennzeichnet durch zur Bildung von Hohlräumen des Zylinderkurbelgehäuses als Kern von außen her durch die Gussform (16) und durch die Zylinderkopfdeckflächen (22) der Außenkontur (20) bis in den Formhohlraum (18) hineinragend einfahrbare, metallische Pinolen (28).

2. Gießvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch gekühlte Formteile zur Formung des Kurbelwellenraums (24), vorzugsweise durch ein flüssiges Kühlmedium gekühlte Formteile.

3. Gießvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Steigrohr (14) außerhalb des Ofenraums (12) einen Rohrabschnitt (34) zur Überbrückung der Distanz zwischen dem Ofenraum (12) und der Gussform (16) aufweist.

4. Gießvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrabschnitt (34) eine Länge L von 20 bis 80 cm aufweist.

5. Gießvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrabschnitt (34) eine thermische Isolation und/oder eine Zusatzheizung (36) aufweist.

6. Gießvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich an das Steigrohr (14) ein Verzweigungssystem (40) anschließt.

7. Gießvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Pinolen (28) und die Formteile zur Formung des Kurbelwellenraums (24) jeweils mit Kühleinrichtungen zur Kühlung der Mantelflächen der Pinolen (28) bzw. der Formteile versehen sind.

8. Gießvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gussform (16) eine Sand-, eine Kokillenform oder eine Kombination daraus ist.

9. Gießvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehrere Steigrohre (14) zum Füllen des Formhohlraums (18) und Metallschmelze (10) von unten her gleichzeitig vorhanden sind.

Claims

1. Casting device for casting cylinder crankcases by the low-pressure casting process, with a furnace space (12) which forms a melt crucible for receiving metal melt (10) and, which can be charged with excess pressure, with a casting mould (16) arranged above the furnace space (12) and having a moulding cavity (18) which in casting terms represents the outer contour (20) of the cylinder crankcase to be cast, and with a riser pipe (14) which connects the furnace space (12) and the casting mould (16) and is intended for filling the moulding cavity (18) with metal melt (10) from below, wherein the furnace space (12) contains a light metal alloy, preferably an aluminium alloy, and wherein the moulding cavity (18) is arranged in such a way that it represents in casting terms the crankshaft bearing pedestals to the top and the cylinder head cover surfaces (22) to the bottom, characterized by, as core, to form cavities of the cylinder crankcase, metal sleeves (28) which can be moved in from outside through the casting mould (16) and through the cylinder head cover surfaces (22) of the outer contour (20) so as to project into the moulding cavity (18).

2. Casting device according to Claim 1, characterized by cooled shaped parts for forming the crankshaft space (24), preferably by shaped parts cooled by a liquid cooling medium.

3. Casting device according to Claim 1 or 2, characterized in that the riser pipe (14) has, outside the furnace space (12), a pipe portion (34) for bridging the distance between the furnace space (12) and the casting mould (16).

4. Casting device according to Claim 3, characterized in that the pipe portion (34) has a length L of 20 to 80 cm.

5. Casting device according to Claim 3 or 4, characterized in that the pipe portion (34) has a thermal insulation and/or an additional heating means (36).

6. Casting device according to one of the preceding claims, characterized in that the riser pipe (14) is adjoined by a branching system (40).

7. Casting device according to one of Claims 1 to 5, characterized in that the sleeves (28) and the shaped parts for forming the crankshaft space (24) are each provided with cooling devices for cooling the lateral surfaces of the sleeves (28) or the shaped parts.

8. Casting device according to one of the preceding claims, characterized in that the casting mould (16) is a sand mould, a chill mould or a combination thereof.

9. Casting device according to one of the preceding claims, characterized in that two or more riser pipes (14) for filling the moulding cavity (18) and metal melt (10) from below at the same time are present.

Revendications

1. Dispositif de coulée pour la coulée de blocs moteurs selon le procédé de coulée à basse pression, avec une chambre de four (12) formant un creuset de fusion destiné à contenir du métal en fusion (10) et pouvant être mis en surpression, un moule de coulée (16) disposé au-dessus de la chambre de four (12) avec une cavité de moule (18) formant par la coulée le contour extérieur (20) du bloc moteur à couler, et un tube ascendant (14) reliant la chambre de four (12) et le moule de coulée (16) pour le remplissage par le bas de la cavité de moule (18) avec du métal en fusion (10), dans lequel la chambre de four (12) contient un alliage de métal léger, de préférence un alliage d'aluminium, et dans lequel la cavité de moule (18) est disposée de telle manière que celle-ci forme par la coulée dans le haut les sièges de palier du vilebrequin et dans le bas les faces supérieures de culasse (22), caractérisé par des douilles métalliques (28) pouvant être introduites comme noyau de l'extérieur à travers le moule de coulée (16) et à travers les faces supérieures de culasse (22) du contour extérieur (20) en pénétrant jusque dans la cavité de moule (18) pour la formation de cavités dans le bloc moteur.

2. Dispositif de coulée selon la revendication 1, caractérisé par des pièces moulées refroidies pour la formation de la chambre de vilebrequin (24), de préférence des pièces moulées refroidies par un agent de refroidissement liquide.

3. Dispositif de coulée selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le tube ascendant (14) présente à l'extérieur de la chambre de four (12) une partie de tube (34) destinée à couvrir la distance entre la chambre de four (12) et le moule de coulée (16).

4. Dispositif de coulée selon la revendication 3, caractérisé en ce que la partie de tube (34) présente une longueur L de 20 à 80 cm.

5. Dispositif de coulée selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que la partie de tube (34) présente une isolation thermique et/ou un chauffage additionnel (36).

6. Dispositif de coulée selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un système de ramification (40) se raccorde au tube ascendant (14).

7. Dispositif de coulée selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les douilles (28) et les pièces moulées pour la formation de la chambre de vilebrequin (24) sont chacune munies de dispositifs de refroidissement pour le refroidissement des douilles (28) ou des pièces moulées.

8. Dispositif de coulée selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moule de coulée (16) est un moule en sable, un moule en coquille ou une combinaison des deux.

9. Dispositif de coulée selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il se trouve deux ou plusieurs tubes ascendants (14) pour remplir simultanément la cavité de moule (18) et le métal en fusion (10) par le bas.

Zeichnung