DE10036481A1 - Production of a piston comprises filling a hollow profile forming a wall of a cooling channel in the piston, placing the profile in a mold, filling the mold with a melt, pressing, solidifying, removing from the mold, and heating the piston - Google Patents
Production of a piston comprises filling a hollow profile forming a wall of a cooling channel in the piston, placing the profile in a mold, filling the mold with a melt, pressing, solidifying, removing from the mold, and heating the pistonInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von gekühlten Kolben. Diese Kolben werden mittels des bekannten Pressverfahrens (Erstarrung unter hohem Druck) hergestellt und da solche gepressten Kolben in der Regel bei höheren Temperaturen und bei höheren Brennraumdrücken eingesetzt werden, ist eine Innen kühlung zweckmäßig. Diese wird durch im Innern des Kolbens ausgebildete Kühlkanäle realisiert, durch die Öl zu- und wieder abgeführt wird, um Wärme aus dem Kolbenmaterial abzuführen. Besonders kritische Berei che eines solchen Kolbens sind der Bereich des ersten Kolbenringes, der Brennraummulde sowie die Kolbenbol zenbohrung. Aus diesem Grunde werden ein oder auch mehrere Kühlkanäle, insbesondere im Kolben innenlie gend, zwischen äußerem Brennraummuldenrand und der ersten Ringnut angeordnet.The invention relates to a method for manufacturing of cooled pistons. These pistons are by means of known pressing process (solidification under high Pressure) and because such pistons are pressed in usually at higher temperatures and at higher ones Combustion chamber pressures are used inside cooling useful. This is through inside the Pistons designed cooling channels through which Oil is fed in and out to remove heat from the To discharge piston material. Particularly critical area Such a piston are the area of the first Piston ring, the combustion chamber bowl and the piston pin zenbohrung. For this reason, one or two several cooling channels, especially inside the piston between the outer rim of the combustion chamber and the arranged first annular groove.
Für die Herstellung solcher Kolben im Pressverfahren wird in der Regel auf Al-Si-Legierungen zurückgegrif fen, die bei einer Temperatur von ca. 800°C in eine Form gefüllt und durch Presskraftbeaufschlagung mit einem Pressstempel, der bevorzugt so geformt sein kann, dass er spezielle Formgebungen ausbildet.For the production of such pistons in the press process Al-Si alloys are generally used fen, which at a temperature of about 800 ° C in a Mold filled and by pressing with a press stamp, which should preferably be shaped in this way can form special shapes.
Die verwendete Form ist bevorzugt gekühlt, wobei das Erstarren in relativ kurzer Zeit erreicht werden kann.The mold used is preferably cooled, the Solidification can be achieved in a relatively short time can.
Um eine sehr gute Kühlwirkung zu sichern, ist es günstig und auch erforderlich, die innenliegende Oberfläche eines solchen bzw. auch mehrerer Kühlkanä le mit geringer Rauhigkeit auszubilden und insbeson dere Kernrückstände in einem solchen Kühlkanal zu vermeiden.To ensure a very good cooling effect, it is inexpensive and also required the inner Surface of one or more cooling channels to be trained with low roughness and in particular core residues in such a cooling channel avoid.
Wegen der wirkenden hohen Drücke treten aber erhebli che Probleme auf, da an einem eingesetzten Kern ent sprechend hohe Presskräfte wirken, die eine Kernzer störung, das Eindringen der Schmelze in einen solchen Kern bzw. das Verschieben eines Kerns während des Pressens bewirken können.Because of the high pressures that occur, however, they occur considerably problems because of the core used speaking high press forces that are a core disruption, the penetration of the melt into such Core or moving a core during the Pressing can cause.
Es wurden die verschiedensten Kernmaterialien, wie Salz oder auch Gläser eingesetzt, wobei jedoch keine befriedigenden Ergebnisse erreicht werden konnten.A wide variety of core materials, such as Salt or glasses are used, but none satisfactory results could be achieved.
So wurde z. B. in DE 39 03 310 C2 ein Verfahren zur Herstellung von Formgussteilen beschrieben, bei dem ein an sich poröser Gießkern, der z. B. aus gepresstem Salz bestehen soll, in eine Form eingesetzt und wäh rend des Pressens mit einem Gasgegendruck beauf schlagt werden soll, um ein Eindringen von Schmelzmaterial in den porösen Gießkern zu vermeiden. Hierzu sind aber Gasdrücke erforderlich, die im Be reich des Pressdruckes beim Pressen liegen, was tech nologisch, wenn überhaupt nur äußerst schwer be herrschbar ist.So z. B. in DE 39 03 310 C2 a method for Manufacture of molded parts described in which an in itself porous casting core, the z. B. from pressed Salt is said to exist, inserted in a mold and while Apply a gas back pressure during pressing to be hit to prevent intrusion Avoid melting material in the porous core. However, gas pressures are required for this, which are described in range of the pressing pressure when pressing, which tech biological, if at all extremely difficult is ruled.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren vorzuschlagen, mit dem im Flüssig-Pressverfahren Kolben hergestellt werden, in denen mindestens ein Kühl kanal, mit dem eine möglichst hohe Wärmeabfuhr er reichbar ist, bei relativ geringem Herstellungsauf wand ausgebildet werden kann.It is therefore an object of the invention to provide a method propose with the piston in the liquid pressing process are produced in which at least one cooling channel with which the heat dissipation is as high as possible is available, with a relatively low production wall can be formed.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungs formen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich mit den in den untergeordneten Ansprüchen enthaltenen Merkmalen.According to the invention, this object is achieved with the features of claim 1 solved. Advantageous design Shapes and developments of the invention result with those contained in the subordinate claims Features.
Für das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren wird auf eine herkömmliche Vorrichtung zurückgegriffen, mit denen Kolben im Pressverfahren hergestellt werden können. Anstelle der üblicherweise verwendeten Sand-, Glas- bzw. Salzkerne wird aber ein Hohlprofil verwen det, das aus einem Metall oder einer Metalllegierung besteht und die Außenwandung mindestens eines Kühlka nals im fertigen Kolben bildet. Die Grundvorausset zung für das Hohlprofilmaterial ist eine höhere Schmelztemperatur, als die der Kolbenlegierung. Die Anforderungen an die Festigkeit können vernachlässigt werden, da das Hohlprofil vor dem Gießen mit einem Metallsalz, einem Metall oder einer Metalllegierung befüllt wird, dessen/deren Schmelztemperatur wiederum kleiner als die Schmelztemperatur der Kolbenlegierung sein muss. Die Befüllung kann über mindestens einen als Steiger dienenden offenen Ansatz erfolgen, wobei die eingefüllte Schmelze das gesamte innere Volumen eines solchen Hohlprofils ausfüllen soll.For the manufacturing method according to the invention used a conventional device, with which pistons are manufactured in the pressing process can. Instead of the commonly used sand, A hollow profile is used for glass or salt cores det, made of a metal or a metal alloy exists and the outer wall of at least one Kühlka nals in the finished piston. The basic requirement tongue for the hollow profile material is a higher Melting temperature than that of the piston alloy. The Strength requirements can be neglected as the hollow profile before casting with a Metal salt, a metal or a metal alloy is filled, its melting temperature in turn less than the melting temperature of the piston alloy have to be. The filling can be done via at least one serve as an increasing approach, where the melt filled the entire inner volume to fill such a hollow profile.
Das so vorbereitete und befüllte Hohlprofil kann dann in einer Pressform entsprechend positioniert werden und übernimmt auch die Kernfunktion beim Pressen. Daran anschließend wird die flüssige Schmelze in die Form gefüllt und mit einem Pressstempel ein ausrei chend hoher Pressdruck auf die flüssige Schmelze aus geübt.The hollow profile prepared and filled in this way can then be positioned accordingly in a press mold and also takes on the core function of pressing. Then the liquid melt is poured into the Form filled and with a press stamp an out high pressure on the liquid melt practiced.
Da der Pressdruck über Steiger auch auf die Schmelze im Hohlprofil wirkt, tritt eine vernachlässigbare Druckdifferenz zwischen dem Inneren im Hohlprofil und der Schmelze auf, so dass die auf die Außenwandung des Hohlprofiles wirkenden Druckkräfte relativ klein und für die Festigkeitsanforderung an das Hohlprofil vernachlässigbar sind.Because the pressure on the riser also on the melt acts in the hollow profile, a negligible occurs Pressure difference between the inside in the hollow profile and the melt on, so that on the outer wall the compressive forces acting relatively small and for the strength requirement on the hollow profile are negligible.
Die Schmelze erstarrt relativ schnell und durch den hohen wirkenden Pressdruck bildet sich ein feinkörni ges Gefüge aus.The melt solidifies relatively quickly and through the high-acting pressure creates a fine grain structure.
Nach dem Erstarren der Schmelze kann der Kolben ent formt werden.After the melt has solidified, the piston can ent be shaped.
Durch eine zerspanende Bearbeitung, beispielsweise durch Bohren, können dann eine Ölzu- und eine Ölab laufbohrung im Kolben hergestellt werden, die jeweils in das Innere des Hohlprofils münden.By machining, for example by drilling, an oil supply and an oil drain can then bore in the piston are made, each open into the interior of the hollow profile.
Für die Entfernung des in der Regel erstarrten Metallsalzes, des Metalles oder der Metalllegierung wird der Kolben bis oberhalb der entsprechenden Schmelztemperatur erwärmt, so dass die schmelzflüssi ge Befüllung über die Ölzu- und die Ölablaufbohrung auslaufen kann. Nach der Entfernung des verwendeten Materials aus dem Inneren des Hohlprofils ist ein entsprechender Kühlkanal ausgebildet, der keinerlei mechanischer Nachbearbeitung erfordert.For the removal of the usually solidified Metal salt, metal or metal alloy the piston will move up to the corresponding one Melting temperature warmed so that the melt liquid filling via the oil supply and oil drain holes can leak. After removing the used one Material from the inside of the hollow profile is a Corresponding cooling channel formed, the none mechanical rework required.
Das für die Befüllung des Hohlprofils verwendete Material, sollte neben der bereits erwähnten geeigneten Schmelztemperatur auch einen annähernd gleichen Wär meausdehnungskoeffizienten, wie die Kolbenlegiegie rung aufweisen. Ein solches Material bzw. ein solcher Werkstoff sollte auch im flüssigen Zustand weitestge hend inkompressibel sein, nicht gasen und nicht oxi dieren und möglichst keine Affinität zur eingesetzten Kolbenlegierung sowie dem Werkstoff des Hohlprofils aufweisen. Günstig ist es außerdem, wenn ein Mehr facheinsatz des Befüllwerkstoffes möglich ist und dieser keine gesundheitsschädigenden Eigenschaften aufweist.The material used to fill the hollow profile, should be appropriate in addition to the already mentioned Melting temperature also approximately the same heat expansion coefficients, such as the piston alloy tion. Such a material or such Material should be as large as possible even in the liquid state be incompressible, not gas and not oxi dieren and if possible no affinity for the used Piston alloy and the material of the hollow profile exhibit. It is also beneficial if there is more professional use of the filling material is possible and this has no harmful properties having.
Geeignete Metalle und Metalllegierungen basieren bei spielsweise auf den Elementen Gallium, Blei, Zinn, Indium, Wismut, Silber, die allein oder auch als Le gierung eingesetzt werden können, wobei jedoch in jedem Fall die Grundvoraussetzung einer entsprechend geeigneten Schmelztemperatur in Bezug zur verwendeten Aluminiumlegierung eingehalten werden muss. So können beispielsweise bekannte metallische Lote auf der Ba sis der Elemente Zinn, Indium, Wismut, Blei und Sil ber verwendet werden.Suitable metals and metal alloys are based on for example on the elements gallium, lead, tin, Indium, bismuth, silver, alone or as Le Gation can be used, but in in any case the basic requirement of a corresponding suitable melting temperature in relation to the used Aluminum alloy must be observed. So can for example, well-known metallic solders on the Ba sis of the elements tin, indium, bismuth, lead and sil be used.
Es können aber auch entsprechend geeignete Metallsal ze, beispielsweise Galliumsalze verwendet werden.But it can also suitably suitable metal sal ze, for example gallium salts can be used.
Das entsprechend vorbereitete und befüllte Hohlprofil sollte vor dem eigentlichen Gießvorgang und dem Ein setzen in der Form vorgewärmt werden, wobei eine Tem peratur von mindestens 650°C, bevorzugt oberhalb 700 °C eingehalten werden sollte. Dies führt zum einen dazu, dass der Befüllwerkstoff im Hohlprofil in schmelzflüssiger Form vorliegt, was für den Druckaus gleich erforderlich ist und zum anderen wirkt sich ein entsprechend kleinerer Temperaturgradient zur Schmelze, die bei einer Temperatur von ca. 800°C beim Pressen eingefüllt wird, für die Ausbildung ei nes feinkörnigen Gefüges günstig aus.The correspondingly prepared and filled hollow profile should be before the actual pouring process and the on set to be preheated in the mold, with a tem temperature of at least 650 ° C, preferably above 700 ° C should be observed. On the one hand, this leads that the filling material in the hollow profile in molten form is present, which is the reason for the pressure is required immediately and on the other affects a correspondingly smaller temperature gradient for Melt at a temperature of around 800 ° C is filled during pressing, for training egg fine-grained structure.
Außerdem sollte auf der Oberfläche des Hohlprofils eine FexAly-Diffusionsschicht mit dem an sich bekann ten Al-Fin-Verfahren ausgebildet werden. Hierzu wird das Hohlprofil in ein Bad bei einer Temperatur von mindestens 700°C eingetaucht und eine Behandlung über mehrere Minuten durchgeführt, so dass eine Dif fusionsschicht in einer Dicke von 20 bis 50 µm gebil det wird. Mit Hilfe dieser Diffusionsschicht wird ein besserer Übergang der unterschiedlichen Metalle und demzufolge ein verbesserter Verbund erreicht.In addition, an Fe x Al y diffusion layer should be formed on the surface of the hollow profile using the known Al-Fin method. For this purpose, the hollow profile is immersed in a bath at a temperature of at least 700 ° C. and a treatment is carried out for several minutes, so that a diffusion layer with a thickness of 20 to 50 μm is formed. With the help of this diffusion layer, a better transition of the different metals and consequently an improved bond is achieved.
Die Innen- und auch die Außenkontur der einsetzbaren Hohlprofile kann die verschiedensten geometrischen Formen aufweisen, die die thermischen und strömungs technischen Vorgaben auch unter Berücksichtigung der Kolbengeometrie und Dimensionierung berücksichtigen können.The inner and outer contour of the insertable Hollow sections can have a wide variety of geometrical shapes Have shapes that match the thermal and flow technical specifications also taking the Consider piston geometry and dimensioning can.
In einfachster Form könnte ein solches Hohlprofil ein entsprechend gebogenes Rohr, z. B. aus Eisen, Stahl oder Kupfer bzw. einer entsprechenden Legierung sein. An einen solchen rohrförmigen Kreisring können dann zwei Steiger befestigt werden, die mit dem Inneren des Hohlprofils kommunizieren und über die Befüllung, die Entfernung und der Druckausgleich beim Pressen realisiert werden kann. Die Verbindung der Steiger mit einem Hohlprofil kann auf verschiedene Art und Weise, beispielsweise durch Schweißen, aber auch in Form einer einfachen Schraubverbindung realisiert werden. Dabei kann einer der bevorzugt zwei verwendeten Steiger durch eine relativ einfache Abwinkelung in die entsprechende Richtung eines solchen rohrför migen Hohlprofils gebildet werden. Dabei sollte der Begriff rohrförmig weiter ausgelegt und nicht auf eine kreisrunde Innenkontur beschränkt werden.Such a hollow profile could be in the simplest form accordingly bent pipe, e.g. B. of iron, steel or copper or a corresponding alloy. Such a tubular circular ring can then two risers are attached to the inside of the hollow profile communicate and about the filling, the removal and pressure equalization when pressing can be realized. The connection of the climbers with a hollow profile can in different ways and Way, for example by welding, but also in Formed a simple screw connection become. One of the two preferably used can be used Raised by a relatively simple angle in the corresponding direction of such a pipe shaped hollow profile are formed. The Extends the term tubular and not on a circular inner contour can be limited.
Es besteht auch die Möglichkeit, ein solches rohrför miges Hohlprofil in Form einer Spirale zu biegen, so dass ein größerer Kolbenbereich dadurch gekühlt wer den kann.There is also the possibility of such a pipe bend hollow profile in the form of a spiral, so that a larger piston area is cooled by this that can.
Die Steiger sollten an einem Hohlprofil möglichst dort befestigt und entsprechend ausgerichtet werden, an denen später die Ölzu- und die Ölablaufbohrung ausgebildet werden.The risers should be on a hollow profile if possible fixed there and aligned accordingly, where later the oil supply and the oil drain hole be formed.
Für das Hohlprofil können möglichst kleine Wandstär ken eingesetzt werden, die auch unterhalb 1 mm lie gen, da die Festigkeitsanforderungen, wie bereits beschrieben, relativ klein sind. Diese relativ dünnen Wandstärken führen zu einer entsprechend geringeren Masseerhöhung des fertigen Kolbens.The smallest possible wall thickness can be used for the hollow profile ken are used, which are also below 1 mm because the strength requirements, as already described, are relatively small. This relatively thin Wall thicknesses lead to a correspondingly smaller one Increase in mass of the finished piston.
Das Hohlprofil kann aber auch als Gussteil eingesetzt werden, wobei bei entsprechenden Geometrien auch eine zweiteilige Ausbildung des Hohlprofils denkbar ist.The hollow profile can also be used as a casting are, with a corresponding geometry also a two-part design of the hollow profile is conceivable.
Sollte ein Hohlprofil aus zwei Teilen gebildet wer den, können diese beispielsweise mit einem geeigneten Schweißverfahren dauerhaft miteinander verbunden wer den. Die beiden Teile können aber auch formschlüssig, beispielsweise durch eine Schraubverbindung mitein ander verbunden werden.Should a hollow profile be formed from two parts the, they can, for example, with a suitable Welding process permanently connected to each other the. The two parts can also be form-fitting, for example by a screw connection be connected.
Es kann aber bereits genügen, dass die beiden Teile mit ebenen oder entsprechend komplementär geformten Dichtflächen ausgestattet und mit diesen Dichtflächen in unmittelbarer Berührung fixiert, dann, wie bereits erwähnt, über Steiger befüllt und in dieser Form in der Form positioniert werden.But it may already be enough that the two parts with flat or complementary shaped Fitted sealing surfaces and with these sealing surfaces fixed in direct contact, then, as already mentioned, filled via Steiger and in this form in the shape.
Ein gegossenes Hohlprofil kann beispielsweise aus einer NiCr-Legierung, wie sie unter der Bezeichnung Niresist bekannt ist, eingesetzt werden. Dabei können neben Nickel und Chrom auch die üblichen Legierungs zusätze Kohlenstoff, Silicium, Phosphor, Molybdän, Mangan und Titan enthalten sein.A cast hollow profile can, for example a NiCr alloy, as it is called Niresist is known to be used. You can in addition to nickel and chrome, the usual alloys additives carbon, silicon, phosphorus, molybdenum, Manganese and titanium may be included.
Vorteilhaft kann es sein, wenn in die Steiger nach der Befüllung des Hohlprofils sogenannte Schwimmer eingesetzt werden, die aus einem Material mit mög lichst annähernd gleicher Wärmeausdehnung, wie die Steiger bestehen. Das Schwimmermaterial sollte eine höhere Schmelztemperatur, als der Schmelztemperatur des Befüllwerkstoffes, vorteilhaft einer Schmelztem peratur oberhalb 750°C und möglichst oberhalb der Schmelztemperatur der Kolbenlegierung aufweisen.It can be advantageous if you follow in the risers the filling of the hollow profile so-called float can be used, made of a material with poss almost the same thermal expansion as that There are climbers. The float material should be one higher melting temperature than the melting temperature of the filling material, advantageously a melting point temperature above 750 ° C and if possible above the Have melting temperature of the piston alloy.
Diese Schwimmer wirken sich insbesondere dann vor teilhaft aus, wenn die Hohlprofile dem Al-Fin-Verfah ren unterzogen werden, da die Schwimmer ein Eindrin gen der Badflüssigkeit in das Innere des Hohlprofils und demzufolge eine Kontamination des Befüllwerkstof fes verhindern. Da sie aber in den Steiger nicht fi xiert sind, können sie sich entsprechend der Wärme ausdehnung des Befüllwerkstoffes und den beim Pressen wirkenden Druckkräften entsprechend bewegen, so dass auch der erfindungsgemäße erforderliche Druckaus gleich effizient erfolgen kann. These swimmers are particularly effective partial if the hollow profiles follow the Al-Fin process be subjected to since the swimmers enter the bath liquid into the interior of the hollow profile and consequently contamination of the filling material prevent fes. But since they don't fi in the riser xed, they can change according to the heat expansion of the filling material and that during pressing the acting pressure forces accordingly, so that also the required pressure out according to the invention can be done equally efficiently.
An Stelle der Schwimmer können auch flexible Trenn elemente eingesetzt werden.Instead of the float, flexible separators can also be used elements are used.
Am Hohlprofil, mit dem der bzw. die Kühlkanäle ausge bildet werden, kann auch ein Kolbenringträger befe stigt werden oder es kann ein Hohlprofil mit daran ausgebildeten Kolbenringträgern verwendet werden. Da bei sollte insbesondere im letztgenannten Fall ein Gussteil in ein- oder auch zweiteiliger Form verwen det werden. Die Verbindung Hohlprofil-Kolbenringträ ger sollte dabei über mindestens drei Punkte, in je weils gleichen Winkelabständen zueinander erfolgen, wobei die Anzahl der Verbindungen in jedem Fall unge radzahlig sein sollte.On the hollow profile with which the cooling channel (s) are out are formed, a piston ring carrier can befe Stigt or there can be a hollow profile with it trained piston ring carriers are used. because at should in particular in the latter case Use castings in one or two parts be det. The connection between hollow section and piston ring carrier ger should have at least three points, each because there are equal angular distances from each other, the number of connections is in any case not known should be numbered.
Die Verbindung kann z. B. in Form von Stegen erfolgen, wobei zwischen den einzelnen Stegen Freiräume ausge bildet sind, durch die beim Pressen die Schmelze noch fließen kann und eine staudruckbedingte Beschädigung am Hohlprofil und Kolbenringträger verhindert wird.The connection can e.g. B. in the form of webs, leaving free spaces between the individual webs are formed, through which the melt still during pressing can flow and damage caused by dynamic pressure on the hollow profile and piston ring carrier is prevented.
Wird ein Hohlprofil-Kolbenringträgerelement einge setzt, kann der Kolbenringträger vorteilhaft für die Fixierung und Positionierung innerhalb der Form ge nutzt werden.A hollow profile piston ring carrier element is inserted sets, the piston ring carrier can be advantageous for Fixation and positioning within the form be used.
Nachfolgend soll die Erfindung an Hand von Ausfüh rungsbeispielen erläutert werden.In the following, the invention is intended to be explained using Examples are explained.
Dabei zeigen:Show:
Fig. 1 eine Schnittdarstellung durch einen Alumi nium-Silicium-Kolben; Figure 1 is a sectional view through an aluminum-silicon piston.
Fig. 2 den schematischen Aufbau einer Vorrichtung zur Durchführung des Pressverfahrens; Fig. 2 shows the schematic structure of an apparatus for carrying out the pressing process;
Fig. 3 eine Schnittdarstellung eines einen Kühlka nal bildenden Hohlprofils mit angegossenem Kolbenringträger; Fig. 3 is a sectional view of a Kühlka channel forming a hollow profile with a molded piston ring carrier;
Fig. 4 ein Hohlprofil mit angegossenem Kolbenring träger und aufgesetzten Steigern und Fig. 4 is a hollow profile with cast piston ring carrier and attached risers and
Fig. 5 ein Beispiel eines Hohlprofils mit angegos senem Kolbenringträger und zwei übereinan der angeordneten und miteinander verbunde nen Kühlkanälen, in einer Schnittdarstel lung. Fig. 5 shows an example of a hollow profile with angegos sen piston ring carrier and two superimposed and interconnected NEN cooling channels, in a sectional representation.
In der Fig. 1 ist eine Schnittdarstellung durch ei nen erfindungsgemäß hergestellten Al-Si-Kolben ge zeigt. In dieses Kolbenmaterial ist zwischen Brenn raummulde und Ringträgerzone ein Kühlkanal 3 mit hier kreisrundem Innenquerschnitt angeordnet, dessen Au ßenwandung durch ein Hohlprofil 1 mit angegossenem Kolbenringträger 4 gebildet wird.In Fig. 1 is a sectional view through egg NEN Al-Si piston according to the invention shows ge. In this piston material between the combustion chamber trough and the ring carrier zone, a cooling channel 3 is arranged with a circular inner cross section here, the outer wall of which is formed by a hollow profile 1 with a cast-on piston ring carrier 4 .
Fig. 1 zeigt dabei einen bereits fertigen Kolben 2, d. h. der Befüllwerkstoff ist bereits aus dem Hohlpro fil 1 über hier nicht dargestellte Ölzu- und Ölab laufbohrungen entfernt worden. In den Kolbenringträ ger 4 ist auch die erste Ringnut bereits eingestochen worden. Fig. 1 shows an already finished piston 2 , that is, the filling material has already been removed from the Hohlpro fil 1 via oil feed and oil drain holes not shown here. In the Kolbenringträ ger 4 , the first ring groove has already been inserted.
Am rechten oberen Rand ist eine Stegverbindung 5, mit der Hohlprofil 1 und Kolbenringträger 4 miteinander verbunden sind, erkennbar. On the upper right edge, a web connection 5 , with which the hollow profile 1 and piston ring carrier 4 are connected to one another, can be seen.
Für das Hohlprofil 1 und den Kolbenringträger 4 wurde GGL-NiCuCr15 6 3 verwendet.For the hollow profile 1 and the piston ring carrier 4 GGL-NiCuCr15 was 6 3 used.
Der Kolben 2 wurde im Pressverfahren bei einer Aus gangstemperatur der Al-Si-Schmelze von 800°C und einem Pressdruck von 180 MPa hergestellt. Die Ober fläche des Hohlprofils 1 und des Kolbenringträgers 4 wurde im Al-Fin-Verfahren bei 720°C mit einer Diffu sionsbeschichtung versehen.The piston 2 was produced in the pressing process at an initial temperature of the Al-Si melt of 800 ° C and a pressing pressure of 180 MPa. The upper surface of the hollow profile 1 and the piston ring carrier 4 was Al-Fin process-at 720 ° C with a Diffu provided in sion coating.
In der Fig. 2 ist schematisch der Aufbau einer Vor richtung dargestellt. Dabei wird eine Form 8 mit den entsprechenden äußeren Abmessungen des Kolbens 2 ver wendet, die von einer Wasserkühlung 9 umschlossen ist. Nach dem Befüllen der Form 8 mit der Al-Si- Schmelze wird der obere Pressentisch 7 mit dem daran angeordneten Pressstempel 6 in die Schmelze gedrückt. In nicht dargestellter Form ist bereits in die Form 8 ein entsprechend vorbereitetes Hohlprofil 1 mit gege benenfalls daran ausgebildetem Kolbenringträger 4 entsprechend positioniert worden.In Fig. 2, the structure of an on device is shown schematically. Here, a shape 8 with the corresponding outer dimensions of the piston 2 is used , which is surrounded by a water cooling 9 . After the mold 8 has been filled with the Al-Si melt, the upper press table 7 with the press ram 6 arranged thereon is pressed into the melt. In a form not shown, a suitably prepared hollow profile 1 with a piston ring carrier 4 , which may be formed thereon, has already been appropriately positioned in the mold 8 .
Nach dem Erstarren der Al-Si-Schmelze, wird der Aus werfer 11 von unten vertikal nach oben bewegt und der Kolben 2 aus der Form 8 entfernt.After the Al-Si melt solidifies, the ejector 11 is moved vertically upwards from below and the piston 2 is removed from the mold 8 .
Nach dem Pressverfahren werden die Ölzu- und Ölab fuhrbohrungen ausgebildet und der Kolben 2 wieder im Rahmen einer Wärmebehandlung erwärmt, so dass über diese beiden Bohrungen der Befüllwerkstoff aus dem Hohlprofil 1 entfernt werden kann.After the pressing process, the oil supply and oil drainage bores are formed and the piston 2 is heated again in the course of a heat treatment, so that the filling material can be removed from the hollow profile 1 via these two bores.
In der Fig. 3 ist ein Schnitt durch ein Hohlprofil 1 mit angegossenem Kolbenringträger 4 dargestellt. Da bei wird deutlich, dass zwischen den Verbindungsstegen 5 Freiräume ausgebildet sind, durch die die flüs sige Al-Si-Schmelze während des Pressens fließen kann. Auch bei diesem Beispiel wird ein kreisrunder Querschnitt für den Kühlkanal 3 verwendet.In Fig. 3 a section through a hollow profile 1 with a cast piston ring carrier 4. Since it is clear that 5 spaces are formed between the connecting webs through which the liquid Al-Si melt can flow during the pressing. In this example too, a circular cross section is used for the cooling duct 3 .
In der Fig. 4 ist eine Einheit, bestehend aus Hohl profil 1 mit angegossenem Kolbenringträger 4, die beide mittels drei Verbindungsstegen 5 miteinander verbunden sind, in 180° gedrehter Stellung gezeigt. Auf das Hohlprofil sind hier zwei Steiger 12 aufge setzt, über die der Innenraum des Hohlprofils 1 mit dem Befüllwerkstoff, z. B. Zinn, dessen Schmelztempe ratur ca. 232°C beträgt, in schmelzflüssiger Form befüllt werden kann. Da die Siedetemperatur von Zinn oberhalb 2000°C liegt, treten auch keine Probleme bei den für das Pressen erforderlichen Temperaturen auf.In Fig. 4, a unit consisting of hollow profile 1 with a molded piston ring carrier 4 , both of which are connected to one another by means of three connecting webs 5 , is shown in a position rotated by 180 °. On the hollow profile here two risers 12 are set, through which the interior of the hollow profile 1 with the filling material, for. B. tin, the melting temperature is about 232 ° C, can be filled in molten form. Since the boiling temperature of tin is above 2000 ° C, there are no problems with the temperatures required for pressing.
Da die Steiger 12 weiter offen sind und beim Pressen auch Temperaturen auftreten, die weit oberhalb der Schmelztemperatur des Zinnes liegen, kann ein Druck ausgleich zwischen dem Inneren des Hohlprofils 1 und der Umgebung gesichert werden, so dass auf die äußere Oberfläche des Hohlprofils nur geringfügige Druck kräfte wirken und eine Zerstörung während des Pres sens vermieden wird.Since the risers 12 are still open and temperatures also occur during pressing, which are far above the melting temperature of the tin, a pressure equalization between the interior of the hollow profile 1 and the surroundings can be ensured, so that only slight pressure is exerted on the outer surface of the hollow profile forces act and destruction during pressing is avoided.
Bei der Herstellung der Ölzu- und Ölabfuhrbohrungen kann auch das Steigermaterial 12 mit ausgebohrt wer den, so dass keine entsprechende Masseerhöhung des fertigen Kolbens 2 zu verzeichnen ist.In the production of oil supply and oil discharge bores and the riser material 12 may be drilled with who is the recorded so that no corresponding increase in mass of the finished piston. 2
In der Fig. 5 ist ein Beispiel eines Hohlprofils 1 mit angegossenem Kolbenringträger 4 gezeigt, bei dem zwei Kühlkanäle 3 und 3' übereinander angeordnet und die beiden Kühlkanäle 3 und 3' über mindestens einen Verbindungskanal 3" miteinander verbunden sind, so dass zugeführtes Kühlöl aus dem oberen Kühlkanal 3 in den unteren Kühlkanal 3' gelangen kann. Dabei ist zumindest der eine Verbindungskanal 3" in einem von drei Stegen, die die Kühlkanäle 3 und 3' miteinander verbinden. Zwischen diesen Stegen sind wieder Frei räume offengelassen, die eine Zerstörung eines sol chen Hohlprofils 1 während des Pressens verhindern können.In FIG. 5, an example of a hollow profile 1 is shown with a cast piston ring carrier 4 'are arranged one above the other and the two cooling channels 3 and 3' in which two cooling channels 3 and 3 are connected to each other via at least one connecting channel 3 ", so that supplied cooling oil from the upper cooling channel 3 'can pass. It is at least the one connecting duct 3' in one of three webs which the cooling channels 3 and 3 'into the bottom cooling channel 3 together. Between these webs again free spaces are left open, which can prevent the destruction of a sol chen hollow profile 1 during the pressing.
Claims (16)
bei dem ein die Wandung des Kühlkanals (3) bil dendes Hohlprofil (1), aus einem Metall oder einer Metalllegierung, mit höherer Schmelztempe ratur, als die des Kolbenmaterials,
über mindestens einen als Steiger dienenden of fenen Ansatz mit einem Metallsalz, einem Metall oder einer Metalllegierung, dessen/deren Schmelztemperatur kleiner als die des Kolbenma terials ist, vollständig befüllt,
das befüllte Hohlprofil (1) in einer Form posi tioniert,
die Form (8) mit der Schmelze befüllt und mit einem Stempel (6) ein Pressdruck auf die Schmelze bis zu deren Erstarren und gleichzeitig auf die Schmelze im Hohlprofil ausgeübt und nach dem Erstarren der Kolben (2) entformt wird;
der Kolben (2) zur Entfernung des Metall salzes, des Metalles oder der Metalllegie rung aus dem Kühlkanal (3) bis oberhalb der Schmelztemperatur des Metallsalzes, des Metalles oder der Metalllegierung erwärmt wird. 1. A method for producing pistons, with at least one circumferential cooling channel, by pressing a melt,
in which the wall of the cooling channel ( 3 ) forming hollow profile ( 1 ), made of a metal or a metal alloy, with a higher melting temperature than that of the piston material,
Completely filled with a metal salt, a metal or a metal alloy whose melting temperature is lower than that of the piston material via at least one open batch serving as a riser,
the filled hollow profile ( 1 ) is positioned in a shape,
the mold ( 8 ) is filled with the melt and with a plunger ( 6 ) a pressure is exerted on the melt until it solidifies and at the same time on the melt in the hollow profile and, after the piston ( 2 ) has solidified, it is removed from the mold;
the piston ( 2 ) for removing the metal salt, the metal or metal alloy from the cooling channel ( 3 ) is heated to above the melting temperature of the metal salt, the metal or the metal alloy.
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