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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Zylinderkopfs
einer Brennkraftmaschine mittels einer Gießkernanordnung, wobei der Zylinderkopf
mindestens einen integrierten Zylinderkühlkanal, mindestens einen integrierten
Abgaskrümmerkanal
und mindestens einen integrierten Krümmerkühlkanal aufweist und die Gießkernanordnung
mindestens eine Gießkernhalterung,
mindestens einen ersten Gießkern,
der den Zylinderkühlkanal
erstellt, mindestens einen zweiten Gießkern, der den Abgaskrümmerkanal
erstellt, und mindestens einen dritten Gießkern, der den Krümmerkühlkanal
erstellt, aufweist.
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Ferner
betrifft die Erfindung eine entsprechende Gießkernanordnung und einen Zylinderkopf.
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Es
ist bekannt, Verfahren zur Herstellung eines Zylinderkopfs nach
Art des Oberbegriffs einzusetzen. Zur Erstellung eines Krümmerkühlkanals, welcher
in einem späteren
Betrieb innerhalb des Zylinderkopfs einen integrierten Abgaskrümmerkanal kühlt, wird
ein Gießkern
verwendet, der sich in der Gießkernanordnung
netzwerkartig um einen den Abgaskrümmerkanal erstellenden Gießkern erstreckt. Aufgrund
einer daraus resultierenden komplexen Struktur des Krümmerkühlkanals,
ist der entsprechende Gießkern
mehrteilig ausgeführt
und muss in aufwendiger Weise durch Klebungen von einzelnen Gießkernteilen
und Klebungen mit einer Gießkernhalterung
hergestellt werden. Aufgrund der daraus resultierenden Klebestellen
wird ein Auslösen
der Gießkerne
nach dem Gießvorgang
erschwert. Ferner können
Unregelmäßigkeiten
im Guss und Gießhäute entstehen,
welche nur sehr aufwendig entfernbar sind und die Güte der gegossenen
Zylinderköpfe
beeinflussen. Es wird ein Verfahren benötigt, welches dazu führt, dass
die Gießkernanordnung
in einfacher und sicherer Weise erstellt werden kann und gleichzeitig
das Gießen
des Zylinderkopfs in herkömmlicher
Weise und mit hoher Güte
ermöglicht.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
dass alle Gießkerne
jeweils unmittelbar an der Gießkernhalterung
befestigt werden, dass dann der Zylinderkopf gegossen wird und dass
an dem gegossenen Zylinderkopf durch Materialentfernung mindestens
ein Strömungsverbindungskanal
zwischen dem Zylinderkühlkanal
und dem Krümmerkühlkanal
ausgebildet wird. Durch das direkte Anordnen der Gießkerne auf der
Gießkernhalterung
wird verhindert, dass Klebungen zwischen mehreren Gießkernteilen
vorgenommen werden müs sen.
Daraus ergibt sich, dass im gegossenen Zylinderkopf keine Gießhäute oder
Unregelmäßigkeiten
aufgrund von Klebestellen entstehen und die Gießkerne, welche vorzugsweise
als verlorene Gießkerne,
insbesondere Sandkerne, ausgebildet sind, sich leicht aus dem gegossenen
Zylinderkopf lösen
lassen. Die nachträgliche
Herstellung des Strömungsverbindungskanals
zwischen dem Zylinderkühlkanal
führt dazu,
dass der Strömungsverbindungskanal
sehr exakt und, insbesondere in seinem Durchmesser, nach Bedarf
hergestellt werden kann, wodurch eine maximale Durchflussmenge von
später durch
den Strömungsverbindungskanal
durchfließendes
Kühlmittel
regulierbar ist. Zudem können sämtliche
Gießkerne
beabstandet voneinander auf der Gießkernhalterung befestigt werden,
sodass keine Kontaktstellen, welche gießtechnisch kritisch sind, entstehen
und somit eine hohe Güte
beim Gießen des
Zylinderkopfs erreicht wird. Dieses Verfahren eignet sich insbesondere
für Zylinderköpfe von V6-Motoren.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Zylinderkühlkanal
zusammen mit mindestens einem zu ihm gehörenden Kopplungskanal erstellt
wird. Der Kopplungskanal ermöglicht
eine einfache strömungstechnische
Kopplung des Zylinderkühlkanals
mit dem Krümmerkühlkanal, sodass
der Kopplungskanal als Strömungsablaufkanal
für den
Krümmerkühlkanal
fungiert.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Kopplungskanal
zwischen der von der Gießkernhalterung
gebildeten Außenfläche des
Zylinderkopfs und dem Krümmerkühlkanal
liegend erstellt wird. Der Kopplungskanal ist derart ausgebildet,
dass er sich unterhalb des Abgaskrümmerkanals erstreckt und somit
den Abgaskrümmerkanal zusätzlich einseitig
kühlt.
Unter dem Begriff „unterhalb” wird hier
verstanden, dass der Kopplungskanal in dem Bereich erstellt wird,
der zwischen dem zweiten Gießkern
und der Gießkernhalterung
liegend erstellt wird. Es ist insbesondere vorgesehen, dass der Strömungsverbindungskanal
sich vom Kopplungskanal zum Krümmerkühlkanal
erstreckend hergestellt wird.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Abgaskrümmerkanal
zwischen der von der Gießkernhalterung
erstellten Außenfläche des
Zylinderkopfs und dem Krümmerkühlkanal liegend
erstellt wird. Somit liegt der Krümmerkühlkanal ausgehend von der Außenfläche des
Zylinderkopfs oberhalb des Abgaskühlkanals und kann somit besonders
gut vom Abgaskrümmerkühlkanal
abgestrahlte Wärme
aufnehmen und ableiten. In Verbindung mit dem Kopplungskanal kann
erreicht werden, dass der Abgaskrümmerkanal sowohl oberhalb als auch
unterhalb gekühlt
wird. Der Kopplungskanal dient dabei vorzugsweise als Strömungsablaufkanal für Kühlmittel,
welches den Krümm erkühlkanal durchströmt. Somit
wird Kühlmittel
aus dem Krümmerkühlkanal
in den Zylinderkühlkanal
eingeleitet.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Krümmerkühlkanal
den Abgaskrümmerkanal
mindestens bereichsweise übergreifend
ausgebildet wird. Dadurch wird erreicht, dass der Abgaskrümmerkanal
nicht nur einseitig am Abgaskrümmerkühlkanal
angeordnet ist, sondern diesen bereichsweise umschließt, sodass
eine besonders effektive Kühlung
des gesamten Abgaskrümmerkanals
ermöglicht
wird.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass am Krümmerkühlkanal
und/oder im Zylinderkühlkanal
mindestens eine von außen zum
Kopplungskanal führende
Bearbeitungsaussparung erstellt wird.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Bearbeitungsaussparung
am Kopplungskanal, insbesondere im Endbereich des Kopplungskanals,
erstellt wird. Dadurch wird erreicht, dass der Strömungsverbindungskanal
zwischen Kopplungskanal und Krümmerkühlkanal
hergestellt werden kann. Die Anordnung im Endbereich des Kopplungskanals
ermöglicht
eine optimale Ausnutzung des Kopplungskanals, da dieser dadurch
vollständig
von Kühlmittel,
insbesondere von Kühlmittel, welches
aus dem Krümmerkühlkanal
austritt, durchströmt
werden kann.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Bearbeitungsaussparung
für die
Materialentfernung verwendet wird. Die Bearbeitungsaussparung ermöglicht somit
insbesondere die Ausbildung des Strömungsverbindungskanals nach dem
Gießen
des Zylinderkopfs.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Materialentfernung
spanend, insbesondere durch Bohren, erfolgt. Die spanende Bearbeitung
ermöglicht
eine sehr genaue Ausbildung des Strömungsverbindungskanals, die
sehr sicher und wirtschaftlich durch bekannte Techniken erreicht werden
kann. Zudem ist es denkbar, dass die Ausbildung des Strömungsverbindungkanals
die nachträgliche
Festlegung unterschiedlicher Kühlmittelströmraten innerhalb
des Krümmerkühlkanals
nach dem Gießen
ermöglicht.
Daraus ergibt sich der Vorteil, dass Zylinderköpfe unterschiedlicher Kühlmittelströmraten auf
Basis des gleichen Gießverfahrens hergestellt
werden können.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Bearbeitungsaussparung
nach Materialentfernung dicht verschlossen wird. Es ist vorgesehen,
dass nach einer Herstellung des Strömungsverbindungskanals mittels
der Bearbeitungsaussparung, die Bearbeitungsaussparung kühlmitteldicht
verschlossen wird.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Bearbeitungsaussparung
mittels einer Verschlussplatte verschlossen wird.
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Die
Erfindung betrifft ferner eine Gießkernanordnung zur Herstellung
eines Zylinderkopfs einer Brennkraftmaschine, insbesondere nach
dem vorstehend beschriebenen Verfahren, wobei der Zylinderkopf mindestens
einen integrierten Zylinderkühlkanal,
mindestens einen integrierten Abgaskrümmerkühlkanal, mindestens einen integrierten
Krümmerkühlkanal
aufweist und die Gießkernanordnung
mindestens eine Gießkernhalterung,
mindestens einen ersten Gießkern,
der den Zylinderkühlkanal
erstellt, mindestens einen zweiten Gießkern, der den Abgaskrümmerkanal
erstellt, und mindestens einen dritten Gießkern, der den Krümmerkühlkanal
erstellt, aufweist. Es ist vorgesehen, dass für die Durchführung des
Gießvorgangs
alle Gießkerne
jeweils unmittelbar an der Gießkernhalterung
befestigt sind. Die Befestigung der Gießkerne auf der Gießkernplatte
kann entweder durch ein Einstecken von an den Gießkern ausgebildeten
Zapfen in Stecköffnungen
der Gießkernhalterung
oder durch Einstecken von an der Gießkernhalterung ausgebildeten
Steckzapfen in Stecköffnungen
der Gießkerne
erfolgen. Auch ist es denkbar, die Gießkerne auf der Gießkernhalterung anzukleben,
da die daraus resultierenden Klebestellen im Außenbereich des erstellten Zylinderkopfs
liegen und somit auf einfache Art und Weise entfernt werden können.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste
Gießkern
auf der Gießkernhalterung
von dem dritten Gießkern
beabstandet angeordnet ist. Durch die beabstandete Anordnung ergeben
sich für
die Herstellung der Gießkernanordnung
die Vorteile, dass sich diese vereinfacht, da Verbindungsstellen
zwischen den Gießkernen
nicht berücksichtigt
und ausgearbeitet werden müssen.
Dies führt
zu einer Zeitersparnis bei Herstellung der Gießkernanordnung sowie beim Auslösen der
Gießkerne nach
Herstellung des Zylinderkopfs. Es ist vorgesehen, dass die Gießkerne als
verlorene Gießkerne, insbesondere
in Form von Sandkernen, ausgebildet sind.
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Weiter
betrifft die Erfindung einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine,
insbesondere nach der vorangegangenen Beschreibung, mit mindestens einem
integrierten Zylinderkühlkanal,
mindestens einem integrierten Abgaskrümmerkanal und mindestens einem
integrierten Krümmerkühlkanal.
Es ist vorgesehen, dass zwischen dem Zylinderkühlka nal und dem Krümmerkühlkanal
mindestens ein durch Materialentfernung erstellter Strömungsverbindungskanal
ausgebildet ist.
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Die
Zeichnungen beschreiben die Erfindung anhand einer Ausführungsform,
und zwar zeigt:
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1 eine
Gießkernanordnung
in Explosionsdarstellung,
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2 die
Gießkernanordnung
und
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3 Kühlmittelstromverläufe anhand
eines ersten und zweiten Gießkerns.
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Die 1 zeigt
eine Gießkernanordnung 1 zum
Gießen
eines nicht dargestellten Zylinderkopfs einer nicht dargestellten
Brennkraftmaschine mit einer V6 Zylinderanordnung. Die Gießkernanordnung 1 weist
eine Gießkernhalterung 2,
einen ersten Gießkern 3,
einen zweiten Gießkern 4 und
einen dritten Gießkern 5 auf.
Zusätzlich
ist ein vierter Gießkern 6 dargestellt,
welcher auf der Gießkernhalterung 2 angeordnet
dargestellt ist. Der vierte Gießkern 6 dient zur
Erstellung einer Kettenkastenaussparung im Zylinderkopf. Die Gießkernanordnung 1 ist
in Explosionsdarstellung gezeigt, welche in Richtung eines Pfeils 7 zusammengeführt werden
kann. Es ist vorgesehen, dass beim Gießen des Zylinderkopfs der erste Gießkern 3 einen
Zylinderkühlkanal
erstellt. Zu diesem Zweck weist der erste Gießkern 3 Abschnitte 8 und 9 auf,
welche Einlasskanäle
des Zylinderkühlkanals
erstellen. Zudem besitzt der Gießkern 3 Abschnitte 10,
die einen Kopplungskanal ausbilden. Die Abschnitte 10 weisen
Bereiche 10' auf,
die Endbereiche des Kopplungskanals erstellen. Der zweite Gießkern 4 stellt
beim Gießen
des Zylinderkopfs einen Abgaskrümmerkanal
her, welcher Abgas aus Zylindern der Brennkraftmaschine zu einem
Abgastrakt durch den Zylinderkopf hindurch führt. Der dritte Gießkern 5 erstellt
beim Gießen
des Zylinderkopfs einen Krümmerkühlkanal.
Er weist zwei erste Gießkernabschnitt 12 auf,
welche beim Gießen
Abschnitte des Krümmerkühlkanals
erstellen, die nach dem Gießen
durch Strömungsverbindungskanäle mit den
Endbereichen des Kopplungskanals strömungstechnisch verbunden werden.
Die Bereiche 10' des
Gießkerns 3 werden
durch im Wesentlichen kubische Fortsätze 11 unterstützt, welche
sich nach einem Anordnen des ersten Gießkerns 3 auf der Gießkernhalterung 2 zwischen
der Gießkernhalterung 2 und
den Abschnitten 10 befinden. Die kubischen Bereiche erzeugen
beim Gießen
des Zylinderkopfs Bearbeitungsöffnungen, die
es ermöglichen,
in die Endbereiche des Kopplungskanals mit Werkzeug einzudringen,
um Strömungsverbindungskanäle herzustellen.
Weiter weist der dritte Gießkern 5 einen
zweiten Gießkernabschnitt 14 auf,
welcher nach außen
verschlossen wird. Zudem weist der dritte Gießkern 5 einen dritten Gießkernabschnitt 15 auf,
der beim Gießen
des Zylinderkopfs einen Abschnitt des Krümmerkühlkanals als Einlasskanal des
Krümmerkühlkanals
erstellt. Zwischen dem dritten Gießkernabschnitt 15 und
dem zweiten Gießkernabschnitt 14,
weist der dritte Gießkern 5 eine
Erstreckung auf, welche sich in Richtung eines Pfeils 16 erstreckt.
Die Erstreckung verläuft quer
zu dem nach dem Gießen
vorhandenen Kopplungskanal. Die Gießkerne 3, 4 und 5 sind
als einteilige Gießkerne 3, 4 und 5 ausgebildet.
Insbesondere für
den dritten Gießkern 5 ist
die einteilige Ausführung
sehr vorteilhaft, da bei einem Zusammenstellen der Gießkernanordnung 1 nur
ein einzelner Gießkern 5 für die Erstellung
des Krümmerkühlkanals
eingebracht werden muss.
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Um
die Gießkernanordnung 1 zusammenzuführen, wird
zunächst
der erste Gießkern 3 auf
die Gießkernhalterung 2 aufgebracht
und fixiert. Dies kann durch Stecken und/oder Kleben erfolgen. Anschließend folgt
ein Anordnen des zweiten Gießkerns,
welcher, bedingt durch eine notwendige Beabstandung späterer Kühlkanäle, beabstandet
von dem ersten Gießkern 3 auf
der Gießkernhalterung 2 angeordnet
ist. Abschließend
wird der dritte Gießkern 5 der
Gießkernanordnung 1 hinzugefügt, wobei
der dritte Gießkern 5 beabstandet
zu den Gießkernen 3 und 4 angeordnet
wird. Die Gießkernabschnitte 14 und 15 befinden
sich nach dem Einbringen des dritten Gießkerns 5 in die Gießkernanordnung 5 in
Kontakt mit der Gießkernhalterung 2.
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Die 2 zeigt
die Gießkernanordnung 1 der 1 mit
all ihren Merkmalen in einer zusammengefügten Darstellung. Es wird deutlich,
dass aufgrund der geometrischen Ausgestaltung des Gießkerns 5 der
zweite Gießkern 4 von
dem dritten Gießkern 5 im
Wesentlichen übergriffen
wird. Der Krümmerkühlkanal,
welcher nach dem Gießen
erstellt ist, kann damit den Abgaskrümmerkanal sehr gut kühlen. Dies
liegt auch daran, dass der zweite Gießkern 4 zwischen dem
zweiten Abschnitt 14 und dem dritten Abschnitt 15 des
dritten Gießkerns 5 angeordnet ist
und sich der dritte Gießkern 5 oberhalb
des zweiten Gießkerns 4 erstreckt.
Ferner ist der Gießkern 5 schildartig
ausgebildet, sodass eine von dem Abgaskrümmerkanal nach oben abgestrahlte
Hitze sehr gut aufgenommen werden kann. Trotz der Ermöglichung guter
Kühlleistungen
eines Krümmerkühlkanals
ist der dritte Gießkern 5 derart
ausgestaltet, dass er auf einfache Weise auf die Gießkernhalterung 2 aufgebracht
und bei Bedarf wieder entfernt werden kann, ohne dass zusätzliche
Maßnahmen,
wie ein Zusammenstellen aus mehreren Teilen, notwendig sind. Gestrichelt
dargestellte Bohrungslinien 23 verdeutlichen die Lage von
den Strömungsverbindungskanälen, die
nach dem Gießen
entlang der Bohrungslinien 23 zur Verbindung des Krümmerkühlkanals
mit den Endbereichen des Kopplungskanals hergestellt werden.
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Die 3 zeigt
einen Zylinderblock 17, auf dem der erste Gießkern 3 und
der dritte Gießkern 5 aufgebracht
sind, die einen späteren
Kühlmittelströmungsverlauf
verdeutlichen. Strömungspfeile 18 zeigen
Zuflussrichtungen zu den entsprechenden Kühlmittelkanälen von nicht dargestelltem
Kühlmittel
an. Diese Zuflussrichtungen führen
in die Abschnitte 8 und 9. Zudem verläuft ein
Pfeil 18 zu dem dritten Gießkernabschnitt 15,
wodurch dieser als Einlasskanal verwendet wird. Weitere Pfeile 19 verdeutlichen den
Verlauf des Kühlmittelstroms
innerhalb des Kühlmittelkanals.
In den Abschnitten 10 sind Strömungsverbindungskanäle 20 dargestellt,
welche den Ablauf des Kühlmittels
aus dem Krümmerkühlkanal
in den Zylinderkühlkanal
ermöglichen.
Pfeile 21 zeigen den Verlauf der Kühlmittelströme innerhalb des Zylinderkühlkanals
an. Somit wird deutlich, dass Kühlmittel, welches
durch den Krümmerkühlkanal
fließt,
dort erwärmt
und teilweise anschließend
in den Zylinderkühlkanal
eingebracht wird. Schraffierte Bereiche 22 deuten diejenigen
Bereiche an, in denen Bearbeitungsöffnungen nach dem Gießen vorliegen
und die anschließend
kühlmitteldicht
verschlossen werden.
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- 1
- Gießkernanordnung
- 2
- Gießkernhalterung
- 3
- 1.
Gießkern
- 4
- 2.
Gießkern
- 5
- 3.
Gießkern
- 6
- 4.
Gießkern
- 7
- Pfeil
- 8
- Abschnitt
- 9
- Abschnitt
- 10
- Abschnitt
- 10'
- Bereich
- 11
- Fortsatz
- 12
- 1.
Gießkernabschnitt
- 14
- 2.
Gießkernabschnitt
- 15
- 2.
Gießkernabschnitt
- 16
- Pfeil
- 17
- Zylinderblock
- 18
- Pfeile
- 19
- Pfeile
- 20
- Strömungsverbindungskanal
- 22
- Bereich
- 23
- Bohrungslinien