DE10114404A1

DE10114404A1 - Formkörper (Kern) am Ringträger

Info

Publication number: DE10114404A1
Application number: DE2001114404
Authority: DE
Inventors: Guenter Gerner
Original assignee: KS Kolbenschmidt GmbH
Current assignee: KS Kolbenschmidt GmbH
Priority date: 2001-03-23
Filing date: 2001-03-23
Publication date: 2002-10-02
Anticipated expiration: 2021-03-24
Also published as: DE10114404C2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kühlkanalkolbens für eine Brennkraftmaschine, bei dem ein Ringträger in eine Gießform eingebracht und von Gießschmelze beim Gießen umgeben wird, wobei erfindungsgemäß vorgesehen ist, daß vor dem Gießen in etwa auf gleicher Höhe des Ringträgers koaxial zu dem Ringträger ein ausspülbarer Kern (Formkörper) eingebracht wird, wobei der Kern nach dem Einbringen an dem Ringträger anliegt. Dadurch entfallen Bauteile zur Herstellung des Kühlkanals und der Kühlkanal grenzt direkt an den Ringträger zur optimalen Kühlung dieses Bereiches an.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kühlkanalkolbens und ei nen Kühlkanalkolben für eine Brennkraftmaschine gemäß den Merkmalen der jewei ligen Oberbegriffe der unabhängigen Patentansprüche.

Es ist bekannt, bei Kolben für Brennkraftmaschinen im Kolbenbodenbereich (Kol benkopf) in etwa in Höhe eines Ringfeldes einen innen liegenden, umlaufenden Kühlkanal anzuordnen, durch welchen beim Betrieb des Kolbens ein Kühlmedium, insbesondere Motoröl, strömt, um den Kolbenbodenbereich sowie das Ringfeld zu kühlen. Zur Herstellung des Kühlkanales sind schon verschiedene Maßnahmen vor geschlagen worden.

Zum einen ist es bekannt, den Ringträger mit zusätzlichen Bauteilen zu versehen, wobei diese Bauteile nach dem Eingießen den Kühlkanal bilden. Diese Lösung ist jedoch unbefriedigend, da einerseits zusätzliche Bauteile erforderlich sind, die mit dem Ringträger verbunden werden müssen, während andererseits die Herstellung (insbesondere der Gießvorgang) nicht ungefährlich ist. Denn hierbei ist es erforder lich, daß die zusätzlichen Bauteile, die an dem Ringträger angeordnet sind, vor dem Gießen vollständig und gasdicht verschlossen sind, damit während des Gießvorgan ges keine Gießschmelze in diesen Raum eindringen kann. Hierzu ist eine aufwendi ge Dichtheitsprüfung erforderlich.

Zum anderen wurde schon vorgeschlagen, in die Gießform einen Kern einzulegen, der beabstandet ist von dem eigentlichen Ringträger, so daß sich nach dem Gießen erstarrte Gießschmelze zwischen dem Kern und dem Ringträger befindet. Dieser umlaufende Steg muß eine ausreichende Breite aufweisen, damit dieser Bereich beim Gießen ausreichend mit Gießschmelze gefüllt wird. Erfolgt dies nicht, bilden sich Poren. Aufgrund der Temperaturverhältnisse während des Betriebes des Kol bens führen die Poren zu Rissen in diesem Bereich, die den Kolben beschädigen könnten. Die erforderliche Breite hat allerdings zur Folge, daß die Kühlungswirkung des den Kühlkanal durchströmenden Kühlmediums nicht ausreichend hoch ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Kühlkanalkolbens sowie einen Kühlkanalkolben für eine Brennkraftmaschine anzu geben, womit die eingangs geschilderten Nachteile vermieden sind.

Diese Aufgabe ist durch die jeweiligen Merkmale der unabhängigen Patentansprü che gelöst.

Das Herstellungsverfahren zeichnet sich dadurch aus, daß vor dem Gießen wenig stens auf gleicher Höhe des Ringträgers koaxial zu dem Ringträger ein an diesem anliegender ausspülbarer Kern (Formkörper) eingebracht ist. In die Gießform wird zunächst der Ringträger eingesetzt und durch entsprechende Mittel lagefixiert. Nach dem Einsetzen des Ringträgers in die Gießform wird der Kern zur Bildung des Kühl kanales koaxial in den Ringträger ebenfalls eingesetzt und dort lagefixiert. Alternativ dazu kann auch der Kern schon vor Einsetzen des Ringträgers in diesem lagefixiert und diese Paarung dann in die Gießform eingesetzt werden. Anschließend erfolgt in an sich bekannter Weise das Ansetzen des Kolbenbodens sowie des Kerns, der den Innenbereich des Kolbens bildet, so daß danach die Gießform mit Gießschmelze ausgefüllt werden kann. Nach dem Erstarren der Gießschmelze wird zumindest eine Verbindung zwischen dem Innenbereich des Kolbens und dem Kern eingebracht, um den Kern auszuspülen. Nach dem Ausspülen steht dann der Kühlkanal zur Verfü gung. Ein derart hergestellter Kühlkanal hat den wesentlichen Vorteil, daß er, ohne Verwendung weiterer Bauteile, direkt an den Ringträger anliegt, so daß dadurch die optimale Kühlung des Ringträgers und des Kolbenbodenbereiches gegeben ist.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die umlaufende Innenkontur des Ringträgers weitestgehend der umlaufenden Außenkontur des Kernes angepaßt, so daß durch diese Anpassung der Kern innerhalb des Ringträgers nach dem Einbrin gen gehalten wird (Formpassung). So kann beispielsweise die Innenkontur des Ringträgers eine umlaufende Kehle aufweisen, in die der Kern, der eine leicht gewölbte Außenkontur hat, eingesetzt und somit lagefixiert wird. Auch andere, einander angepaßte Konturen sind denkbar. Ebenso werden an dieser Stelle auch die unter schiedlichen Temperaturverhältnisse des Ringträgers und des Kerns ausgenutzt. Während der Kern in etwa Umgebungstemperatur aufweist, hat der Ringträger auf grund seiner Herstellung bzw. eines Bearbeitungsschrittes, insbesondere aufgrund des Alfinierens, eine deutlich höhere Temperatur als der Kern. Dies führt dazu, daß der Ringträger aufgrund der Wärmeausdehnung einen geringfügig größeren Durch messer der Außenkontur aufweist als der Außendurchmesser des Kernes. Aufgrund dieser Temperatur- und Durchmesserdifferenz ist es möglich, den Ringträger koaxial über den Kern zu stülpen bzw. umgekehrt den Kern koaxial in den Ringträger einzu legen. Kühlt der Ringträger ab, kommt es zu einer Anlage der angepaßten Konturen des Kernes und des Ringträgers, so daß dadurch die beiden Bauteile zueinander la gefixiert werden. Durch die formschlüssige Anlage der Außenkontur des Kernes an die Innenkontur des Ringträgers wird auch gewährleistet, daß in diesen Bereich beim Gießen keinerlei Gießschmelze eindringen kann.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird der Kern aus einem hitzebe ständigen Fasermaterial gepreßt, welches den Vorteil hat, daß dieses beim Einset zen des Kernes in den Ringträger bzw. beim Abkühlen des Ringträgers geringstfügig nachgiebig ist, so daß im Gegensatz zu Salzkernen ein Zerbrechen des Kernes beim Einsetzen in den Ringträger vermieden wird.

Wesentlich bei dem Einsetzen des Kernes in den Ringträger ist, daß die benach barten Konturen derart aneinander liegen, daß keine Gießschmelze zwischen den Ringträger und dem Kern eindringen kann.

Ein Kühlkanalkolben für eine Brennkraftmaschine ist dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkanal durch die umlaufende Innenseite des Ringträgers und der erstarrten Gießschmelze des Kühlkanalkolbens nach dem Gießen gebildet ist. Dadurch wird zum einen erreicht, daß das Kühlmedium direkt an dem Ringträger vorbei strömen und diesen sowie den übrigen Bereich kühlen kann. Zum anderen sind weitere Bau teile zur Bildung des Kühlkanales nicht erforderlich, da dieser quasi aus der Innen kontur des Ringträgers und der erstarrten Gießschmelze steht, nach dem der Kern ausgespült worden ist. Außerdem verbleibt bei dieser Vorgehensweise kein Material zwischen dem Kühlkanal und dem Ringträger, so daß die Kühlung optimal ist und dieser Bereich nicht geschwächt ist.

Eine beispielhafte Gießeinrichtung für das Verfahren zur Herstellung eines Kühlka nalkolbens sowie ein Rohling eines Kühlkanalkolbens, wobei die Erfindung nicht auf diese Gießeinrichtung sowie den Rohling beschränkt ist, ist im folgenden erläutert und anhand der Figuren beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 und 2 Einbringen des Kerns koaxial in den Ringträger

Fig. 3 einen Schnitt durch einen Rohling eines Kühlkanalkolbens.

Die Fig. 1 und 2 zeigen das Einbringen eines Kernes koaxial in einen Ringträger, wobei Fig. 1 das Einsetzen und Fig. 2 die Lagefixierung zeigt.

Fig. 1 zeigt eine Unterlage, auf welcher ein Kern 2, insbesondere ein Faserform kern, aufliegt. Die Unterlage 1 weist radial an ihrer äußeren umlaufenden Seite einen Absatz 3 auf, auf welchem radial umlaufend zumindest teilweise Distanzstücke 4 aufliegen. Mit der Bezugsziffer 5 ist ein Ringträger bezeichnet, der vor dem Auflegen auf die Distanzstücke 4 der Unterlage 1 alfiniert wird, d. h. mit einer dünnen Alumini umschicht überzogen wird, damit die Bindung zwischen dem Material des Ringträ gers und der später einzufüllenden Gießschmelze verbessert wird. Aufgrund dieses Alfiniervorganges, der bei hohen Temperaturen etwa im Bereich von 500 bis 700 Grad Celsius stattfindet, hat sich der Ringträger 5 soweit ausgedehnt, daß er koaxial über die äußere Kontur des Ringträgers 2 übergeschoben und auf die Dinstanzstüc ke 4 aufgelegt werden kann. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, sind die radial umlaufende Außenkontur des Ringträgers 2 und die radial umlaufende Innenkontur des Ringträ gers 5 einander angepaßt, hier in etwa halbmondförmig. Diese Anpassung ist nicht auf die gezeigten Geometrien beschränkt, sondern es sind auch andere Geometrien denkbar. Die Distanzstücke 4 dienen dem Zweck, daß eine zu schnelle Abkühlung des erhitzten und alfinierten Ringträgers 5 verhindert wird. Trotzdem kommt es zu ei ner Abkühlung und damit zu einer Schrumpfung des Ringträgers 5, so daß sich die radial umlaufende Innenkontur des Ringträgers 5 der radial umlaufenden Außen kontur des Kernes 2 annähernd.

Fig. 2 zeigt den Zustand, bei denen die Außenkonturen des Kernes 2 und des Ringträgers 5 aneinander gelegt haben, so daß im Anlagebereich dazwischen kei nerlei Freiraum verbleibt. Damit wird vermieden, daß sich nach dem Einsetzen der beiden derartig verbundenen Bauteile beim Gießen des Kolbens Gießschmelze zwi schen den Kern 2 und den Ringträger 5 eindringen.

Es versteht sich von selbst, daß die geometrischen Außenmaße des Kernes 2 und des Ringträgers 5 derart aufeinander abzustimmen sind, daß einerseits der erhitzte Ringträger 5 koaxial über den Kern 2 geführt werden kann und der sich abkühlende Ringträger 5 aufgrund des Zusammenschrumpfens den Kern 2 nicht zerstört. Dies läßt sich insbesondere in Abhängigkeit der Temperaturverhältnisse zueinander und der beteiligten Materialien erreichen.

Fig. 3 zeigt einen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Kühlka nalkolben, der aus einem Kolbenbodenbereich 6 (Kolbenkopf), einer Bolzenbohrung 7 sowie einem Kolbenschaft 8 besteht. Gezeigt ist lediglich die eine Hälfte des Kol benrohlings. Gut erkennbar ist der Ringträger 5 und der sich nach dem Ausspülen des Kernes 2 ergebende Kühlkanal 9, der direkt an den Ringträger 5 grenzt. Der Kolbenbodenbereich 6 wird noch in seinem oberen und seitlichen Bereich fertig be arbeitet, bevor er zum Einsatz kommen kann.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Kühlkanalkolbens für eine Brennkraftmaschine, bei dem ein Ringträger in eine Gießform eingebracht und von Gießschmelze beim Gießen umgeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Gießen in etwa auf gleicher Höhe des Ringträgers koaxial zu dem Ringträger ein ausspül barer Kern (Formkörper) eingebracht wird, wobei der Kern nach dem Einbringen an dem Ringträger anliegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die umlaufende In nenkontur des Ringträgers weitestgehend der umlaufenden Außenkontur des Kernes derart angepaßt ist, daß durch diese Anpassung der Kern innerhalb des Ringträgers nach dem Einbringen gehalten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern aus einem hitzebeständigen Fasermaterial gepreßt wird.

4. Kühlkanalkolben für eine Brennkraftmaschine mit einem Ringträger (5) und einem Kühlkanal (9), insbesondere hergestellt nach dem Verfahren nach einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkanal (9) durch die umlaufende Innenseite des Ringträgers (5) und der erstarrten Gieß schmelze des Kühlkanalkolbens gebildet ist.