本發明涉及一種鑄芯，該鑄芯由型砂形成，該型砂的顆粒通過粘合劑互相連接，并且設置用于在用于內燃機的發動機缸體中構造冷卻通道。

此外，本發明涉及這種鑄芯的應用及其制造方法，其中通過射芯機將包含型砂和粘合劑的模制材料注射到芯模的模具空腔中并且隨后使粘合劑硬化，以便于使鑄芯具有所需的形狀穩定性。

背景技術：

所討論類型的鑄芯在這里作為待鑄造部件中的鑄造形狀giessform的一部分構成通道、空腔和其它凹進。用于內燃機的發動機缸體借助鑄芯成型例如輸送冷卻劑的通道，以及圓柱形的燃燒室。

現代高功率發動機的發動機缸體在運行中必須強化地冷卻，以便于有針對性地使得由于高功率密度而產生的大量熱量消散。這特別地適用于由輕金屬材料例如鋁合金制造的發動機缸體。同時，特別是在私人汽車的領域中，存在對越來越緊湊構造的驅動總成的需求，以便于一方面能夠節省重量，并且另一方面使具有高功率的發動機可以放置在只有非常有限的空間的車體中。

緊湊的構造方式使得氣缸組的氣缸槽互相緊鄰地設置。由此存在相應薄的氣缸分隔壁。其特別是在其對應于氣缸頭的末端區段中暴露于增加的熱負載。為了防止在此產生的熱導致的裂縫或其他損壞，必須在所涉及的危險區域中進行強化的冷卻。

為了能夠將為此所需的冷卻通道設置到保留在發動機缸體的兩個氣缸室之間的薄的分隔壁中，一種可能性是在鑄造制造過程完成之后將冷卻通道鉆在缸體中。盡管該方法允許精確地制造尺寸非常小和窄的通道，但是對制造技術而言太復雜，因為它需要大量額外的制造步驟。這導致高成本。另一個缺點是，對制造技術而言，難以將具有最小的直徑的通道的孔設置在存在于發動機缸體的相鄰的汽缸槽之間的分隔壁的上部區域中，在使用中在該區域中產生最高的熱負載。

為了避免這種復雜性，已經給出關于如何在以鑄造工藝制造的情況下，將薄的和窄的通道設置到發動機缸體的在運行中受熱負載高的區域中的不同的建議。這樣，已經建議由盡可能不同的模制材料構成的芯，其分別以這樣的目的選擇，即，一方面確保關于精細的芯區段的足夠的尺寸穩定性，該芯區段在鑄造部件中塑造各個通道，另一方面，保證在發動機缸體固化之后能夠盡可能順利地去除芯材料，從而保證按照規定的流動。然而，對于由模制材料制成的芯的使用卻已接近了由于芯為了即使在鑄造工作占主導的條件下也能確保足夠的生產率必須具有的尺寸穩定性和機械負載力所設定的極限，。

為了能夠在輕金屬發動機缸體中形成具有更小直徑的通道，在ep0974414b1中已經建議通過具有相應尺寸的小玻璃管塑造這些通道，該小玻璃管放置到鑄模中并且在在鑄造期間通過鑄造熔體包裹。這樣選擇小玻璃管的材料，即，其在鑄造材料凝固過程中產生的應力下分裂成許多小塊，隨后可以順利地將這些小塊沖洗掉。

在這個方向上的其它提議在于，通過隨后由成品鑄件中取出的金屬板或金屬絲配件塑造通道。

上面提到的可能性在現有技術中已經保證了對于通道的制造或多或少大規模的和和經濟上的成功，盡管其尺寸有限，這些通道足夠大并且可以接觸到，以便于能夠移除形成它們的芯材料的相應殘留碎片。

然而，在由鋁材料鑄造的新一代內燃機中，分隔壁的厚度已經減小到這樣的程度，即，其中所需的冷卻通道在其最窄的區段中具有小于3mm的凈寬度。在由鋁材料鑄造的這種類型的發動機缸體中，在兩個氣缸室之間的分隔壁的最窄的區域中的冷卻通道的凈寬度在1-2mm的范圍內。

技術實現要素：

在現有技術的背景下，本發明的目的是提供一種鑄芯，其可以以簡單和運行可靠的方式制造，并且在此允許也通過鑄造技術制造在其最窄點處的最大3mm寬的通道。

除此之外，應當給出一種優選的應用和一種用于制造進行該應用的鑄芯的方法。

關于鑄芯，本發明通過成型根據權利要求1的鑄芯來實現該目的。

有利地，根據本發明的鑄芯可以在鑄模中使用，該鑄模用于通過將鋁溶液澆鑄到鑄模中以鑄造技術制造內燃機的發動機缸體，其中鑄芯的橋接區段在發動機缸體中塑造在發動機缸體的兩個氣缸室之間設置的冷卻通道，該冷卻通道的凈寬度最大為3mm。

最后，就該方法而言，通過根據權利要求12來制造根據本發明的鑄芯實現上述目的。

本發明的有利的設計方案在從屬權利要求中給出，并且在下面詳細闡述本發明的總體發明思想。

因此，根據本發明的設置為用于在內燃機的發動機缸體中塑造冷卻通道的鑄芯完全由型砂成型，型砂的顆粒通過粘合劑互相接合。根據本發明，鑄芯具有支承區段、兩個從支承區段的側面突出并且互相間隔地地設置的頸部區段和至少一個橋接區段，其由頸部區段保持與支承區段間隔，在頸部區段之間的區域中作為其側面的互相間隔距離測量出的最小厚度最大為3mm。在此，鑄芯至少在其橋接區段的區域中由型砂成型，其顆粒平均直徑最大為0.35mm。

因此，根據本發明的鑄芯完全由型砂組成，型砂的顆粒以已知的方式通過合適的粘合劑互相接合，使得它們形成牢固的主體。

在此，盡管鑄芯的橋接區段細工設計，鑄芯的支承區段能夠順利地保持鑄芯，以便于運輸和插入鑄模中。因此，根據本發明的鑄芯也可以容易地作為成型為型芯組件的鑄模的一部分。同樣地，它可以順利地用于任何其它鑄造方法中，其中在相應的鑄造部件之中或之上應該形成具有最小的尺寸的精細的通道。

由支承區段支承的頸部區段在待鑄造的發動機缸體中形成流入和流出通道，通過這些通道為窄的、尺寸狹窄的冷卻通道提供冷卻劑，冷卻通道在發動機缸體中分別通過由頸部支承的橋接區段塑造。其厚度在關鍵區域中減小到最大3mm，其中在實踐中，最小厚度在該區域中為1-2mm。在此，涉及的關鍵區域對應于待鑄造的發動機缸體的各個分隔壁的區域，在該區域中分隔壁最薄并且由分隔壁分隔開的氣缸室互相最接近，在關鍵區域中根據本發明的鑄芯的橋接區段是最窄的。

在此，對于本發明的實際實施而言關鍵的是，鑄芯至少在其橋接區段的區域中由細顆粒的型砂成型。其粒度選擇為使得橋接區段在鑄造后在固化的鑄件中分裂成細顆粒，從而剩余的芯碎片要么自動從完全凝固的發動機缸體中流出要么能沖洗掉。

已經令人驚訝地表明，鑄芯不僅可以以常規方式通過在射芯機中注射來制造，而且在此也在窄的橋接區段的區域中提供一種表面特性，這種表面特性在待制造的冷卻通道中產生足夠光滑的內表面，而不需要為此施加復雜的涂層。這在型砂的顆粒的平均直徑為最高0.27mm、特別是最高0.23mm時則是特別適用的。

如已經提到的，根據本發明的鑄芯可以這樣大規模地制造，即，借助于射芯機將包括型砂和粘合劑的模制材料射入模具的成型空腔中，隨后使粘合劑硬化，以便于為鑄芯賦予所需的形狀穩定性，其中根據本發明，將顆粒的平均直徑為最大0.35mm的型砂至少用作為鑄芯的橋接區域的模制材料。顯然，由于之前闡述的原因，這里顆粒的平均直徑也可以最優地不大于0.27mm，特別是最高0.23mm。

在此，可以用模制材料實現最佳的加工結果，其中型砂和粘合劑不是作為混合物存在，而是型砂的顆粒分別由粘合劑包裹，其中也可以使以這種方式包裹的型砂顆粒的平均直徑不大于0.35mm。當今，將用粘合劑包裹的根據本發明加工類型的型砂還用于所謂的“croning方法”，在專業技術語言中也稱其為“殼模鑄造法(maskenformverfahren)”，該型砂例如由hüttenes-albertuschemischewerkegmbh，杜塞爾多夫以品名vs744(平均粒度0.29mm+/-0.02mm)或vs1264(平均粒度0.21mm+/-0.02mm)供應。hüttenesalbertuschemischewerkegmbh也已經出版了論文“dasmaskenformverfahren:einedeutscheinnovationzurgussherstellung”，作者：ulrichrecknagel，其中描述了殼模鑄造法的技術和歷史。

如果各個型砂顆粒的粘合劑包裹層是球形的，則使用croning模制材料具有特別的優勢。球形的形狀確保在根據本發明的芯在常規射芯機中射出時模制材料的特別良好的性能。這樣，盡管其尺寸最小，但是根據本發明的鑄芯可以以高工作可靠性制造。

特別是當使用具有0.19-0.23mm的平均顆粒大小的粒度更細的型砂時，鑄芯不僅能夠在射芯機中順利制造，而且也表明，由它們的橋接區段在相應鑄造的發動機缸體中塑造的薄的冷卻通道的表面均勻地具有足夠的質量，而不需要為此施加涂層或其它改善表面的輔助劑，例如滑石或者類似物。

如果在使用其優選以粘合劑包裹的顆粒的平均直徑為0.27mm或更大的較粗糙的砂的情況下證實在鑄造部件中塑造的冷卻通道的表面質量不足時，這可以通過至少在橋接區段上涂覆薄的鑄型涂料或通常用于改善表面的其他試劑來解決。然而，在大于0.35mm的顆粒大小的情況下，具有根據本發明規定的尺寸的鑄芯不再能夠可靠地射出，并且用于平滑粗糙表面的耗費變得巨大，以至于從經濟觀點看這種應用不再有意義。因此，為了制造根據本發明的鑄芯最佳地使用這種型砂，即，型砂的用粘結劑包裹的顆粒具有小于0.27mm，特別是小于0.25mm的平均直徑。

用于將根據本發明的用于制造鑄芯的型砂的顆粒優選包裹或混合的粘合劑通常是樹脂，該樹脂由于供熱而與相應相鄰的顆粒的樹脂粘合并且硬化，從而產生牢固的復合物。

對于通過在射芯機中常規地射出芯而運行可靠的制造同樣有利地在于，根據本發明的一個設計方案，根據本發明的鑄芯的側面分別以平滑過渡的方式過渡到頸部區段的外周面中并且其厚度從對應于各個頸部區段的最大厚度開始在橋接區段的縱向方向上連續地減小，直到減到最小厚度。橋接區段在支承它的頸部區段上的平滑連接以及厚度的持續減小還有利于，盡管在射芯機中的最小尺寸，模制材料也可靠地且足夠緊密地填充空腔，該空腔塑造了鑄芯的窄的橋接區段。

橋接區段在頸部區段上的平滑連接可以這樣簡化，即，頸部區段具有凸輪類型成型的橫截面形狀，其尖端朝向各個另外的頸部區段。以這種方式，橋接區段的側面可以順利地緊貼在頸部區段的外周面上，由此又在射芯過程中有助于用型砂填充橋接區段。

可以以根據本發明的方式制造這樣的鑄芯，該鑄芯在其關鍵的、最小厚度區域中不僅具有最大3mm、特別是1-2mm的厚度，并且因此適合于在待制造的鑄造部件中塑造具有凈寬度為3mm和更小的、特別是1.5+/-0.5mm的冷卻通道，而且其中，在關鍵區域中的高度也最小化。因此，在根據本發明的鑄芯中，橋接區段的高度在其具有其最小厚度的區域中可以限制為最大4.5mm。

原則上可以考慮，只有根據本發明的鑄芯的橋接區段由根據本發明的精細粒度的型砂形成，而鑄芯的其他區段由較粗的型砂形成。為此，例如由精細粒度的型砂組成的橋接區段可以與鑄芯的其他部分分開地射成，并且隨后例如通過與由較粗的型砂中射成的鑄芯的剩余部分粘合而連接。然而，當根據本發明的另一設計方案，鑄芯分別完全由滿足根據本發明的規格的型砂一件式成型，這對于制造技術方面而言更簡單。

如果對于需要待散出的熱量必要，根據本發明的鑄芯毫無疑問也可以這樣設計，從而其在待鑄造的發動機缸體的各個薄的分隔壁中形成多于一個的窄的鑄造通道。為此目的，兩個或更多的互相間隔地設置的橋接區段可以由頸部區段支承，橋接區段分別具有其最小厚度分別最高為3mm的區域。當然，這里也可以是，額外的橋接區段有明顯更小的最小厚度，例如1-2mm。

根據本發明的鑄芯特別適用于在鑄模中使用，該鑄模用于通過將鋁溶液澆鑄到鑄模中以鑄造技術鑄造內燃機的發動機缸體，其中鑄芯的橋接區段在發動機缸體中塑造在發動機缸體的兩個氣缸室之間設置的冷卻通道，該冷卻通道的凈寬度最大為3mm。

通過本發明，在每個內燃機發動機缸體中可以將薄的通道引入相應的分隔壁中，在內燃機發送機缸體中在兩個氣缸開口之間形成窄的分隔壁。顯然，這包括了通過鑄造技術鑄造具有多于兩個氣缸開口的發動機缸體的可能性，通過根據本發明的各一個鑄芯，在每個存在于相鄰的氣缸開口之間的分隔壁中塑造至少一個薄的通道。

附圖說明

下面借助于示出實施例的附圖詳細地解釋本發明：

圖1以仰視圖示出了鑄芯。

圖2以朝向其寬側面的視圖示出了鑄芯；

圖3以朝向其窄側面的視圖示出了鑄芯；

圖4以縱向剖面圖示出了鑄模的斷面；

圖5以俯視圖示出了發動機缸體的斷面。

具體實施方式

鑄模1具有支承區段2，該支承區段具有帶有互相相對的寬側面3，4和同樣互相相對的窄側面5，6的窄的截棱錐的基本形狀，窄側面將寬側面3，4相互連接。鄰接上部的端面7，保持區段8，9成型為在寬側面3，4上側向突出，保持區段延伸經過支承區段2的高度的大約五分之一。

此外，在其下部的平面的端面10上，在支承區段2上形成兩個頸部區段11，12，它們互相軸向平行地延伸并且從端面10垂直取向地突出。頸部區段11，12具有凸輪形的橫截面形狀，其凸輪尖端13，14分別指向另一個頸部區段12，11的方向。

在頸部區段11，12之間，兩個橋接區段15，16在頸部區段11，12的縱向方向上互相間隔地并且與支承區段的端面10間隔地延伸。橋接區段15，16的縱軸l1，l2互相平行并且平行于支承區段2的端面10定向。

橋接區段15，16以其末端過渡到分別對應的頸部區段11，12中。為此，橋接區段15，16的側面17，18緊貼到相應的頸部區段11，12的外周面19，20上。在此，它們切向地和平滑地延伸到頸部區段11，12的外周面區段21，22中，外周面區段在凸輪尖端13，14和頸部區段11，12的橫截面的相應最厚的位置之間延伸。

在各個連接位置上(橋接區段15，16在這些連接位置上連接到相應的頸部區段11，12)，橋接區段15，16的作為其側面17，18的距離而測量的厚度d對應于最大厚度dmax，其大約為5mm，其中實際應用中，厚度dmax也可以更大。從該最大厚度dmax開始，橋接區段15，16的厚度d在相應另外一個頸部區段11，12的方向上連續減小，直到其在橋接區段15，16的設置在頸部區段11，12之間的中心區域23，24的中間達到其大約1.5mm的最小厚度dmin。

以相應的方式，作為橋接區段15，16的頂面和底面的距離測量的橋接區段15，16的高度h從相應連接位置上的最大高度hmax開始向中心區域23，24的方向上連續地減小，直到在那里達到大約4.3mm的最小高度hmin。

鑄芯1在此處未示出的、常規的射芯機中由市售的所謂“croning型砂”一件式射成，“croning型砂”的石英砂顆粒的平均粒徑為0.21+/-0.02mm(對應于afs粒度數68+/-3)并且其包裹有用作粘合劑的合成樹脂。為此，型砂以2-6巴的壓力注入加熱至200-350℃的芯盒中，其中由于通過芯盒進行的供熱，石英砂顆粒的粘合樹脂烘烤在一起并且時效硬化。在為此所需的30-120秒的停留時間后，可以從芯盒中取出鑄芯1。盡管其橋接區段15，16的精細的形狀，鑄芯具有足夠的形狀穩定性，以便于能夠提供給進一步使用用途。特別地，它還在橋接區段15，16的區域中具有均勻精細粒狀的表面，其質量很高，從而可以直接提供給進一步使用用途。在較粗糙的表面結構的條件下為了獲得所需的質量原本是必需的涂層或其余的輔助劑的施加就此不是必需的。

將以上述方式形成和制造的鑄芯1用作剩余部分以常規方式成型為芯組件的鑄模25的一部分，該鑄模在圖4中僅是以斷面的方式示出的，鑄模用于澆鑄內燃機的具有設置成排的氣缸室27，28，29的、在圖5中同樣只是以斷面的方式示出的由鋁合金熔液鑄造的發動機缸體26。在此，鑄芯1通過覆蓋芯30，31，32這樣設置在塑造氣缸室27-29的氣缸芯33，34，35之間，從而使其橋接區段設置在位于氣缸芯33-35之間的窄的自由空間36，37的在上部的、對應于覆蓋芯30-32的區域的中心。各個自由空間36，37在制成的發動機缸體26中分別這樣塑造氣缸分隔壁38，39，即，使氣缸分隔壁將分別相鄰的氣缸室27，28；28，29互相分隔。在相鄰的氣缸室27，28；28，29互相最靠近的區域40中，各個氣缸間壁38，39的最小厚度dmin大約為5mm。

在向鑄模25中澆鑄鋁合金熔液之后，鋁鑄造材料凝固。粘合鑄芯1的砂粒的粘合劑由于伴隨的加熱而開始分裂。在此，以這種方式引入的熱能通常僅足以開始分解過程。如果由此獲得的鑄芯1的碎片仍然太大而不能從由鑄芯1形成的通道中流出，則將芯材料隨后以已知方式通過針對性的處理進一步弄碎。為此，可以進行合適的熱處理，在專業技術語言中也稱其為術語“熱脫砂(thermischeentsanden)”，其中通過針對性的供熱持續使粘合劑分裂并且與之伴隨著單個成型材料顆粒的連接的分解，直到成型材料能夠流出。替代性地或補充地，還可以通過使鑄模或鑄件本身受到錘擊、敲擊、搖動或振動來機械地促進鑄芯破裂。為了優化鑄芯1的粉碎的模制材料從各個通道的排出，可以額外地用水或其他液體沖洗各個通道。

鑄芯1的至少頸部區段和橋接區段11，12，15，16以這種方式分解成這樣細的顆粒，從而盡管由型砂塑造的通道的尺寸最小化的情況下，其型砂從制成的鑄件中自由地流出，或者如果需要可以沖洗掉。

各個鑄芯1的頸部區段11，12可以與這里未示出的水套芯連接，水套芯在發動機缸體26中塑造冷卻通道，通過冷卻通道冷卻發動機缸體26的在其外側面上包圍氣缸室27-29的壁。以這種方式，在內燃機的實際使用中，冷卻水經由通過頸部區段11，12塑造的流入通道和流出通道41，42通過在氣缸分隔壁38，39中的窄的冷卻通道43，44流動并且在氣缸分隔壁38，39的高熱負載的區域中提供有效冷卻，冷卻通道是通過橋接區段15，16塑造的并且在區域40中僅大約1.5mm寬和大約4.2mm高。

附圖標記說明

1鑄芯

2支承區段

3，4支承區段2的寬側面

5，6支承區段2的窄側面

7支承區段2的上部的端面

8，9保持區段

10支承區段2的下部的平面的端面

11，12鑄芯的頸部區段1

13，14：頸部區段12，11的凸輪尖端

15，16鑄芯1的橋接區段1

17，18橋接區段15，16的側面

19，20：頸部區段11，12的外周面

21，22外周面19，20的外周面區段

23，24橋接區段15，16的中間區域

25鑄模

26發動機缸體

27，28，29發動機缸體26的氣缸室

30，31，32覆蓋芯

33，34，35氣缸芯

36，37氣缸芯33-35之間的自由空間

38，39發動機缸體26的氣缸分隔壁

40相鄰的氣缸室27，28；28，29互相最接近的區域

41，42發動機缸體26的流入和流出通道

43，44氣缸分隔壁38，39中的冷卻通道

d橋接區段15，16的厚度

dmax橋接區段15，16的最大厚度

dmin橋接區段15，16的最小厚度

h橋接區段15，16的高度

hmax最大高度

hmin最小高度

l1，l2橋接區段15，16的縱軸