DE102007044105A1

DE102007044105A1 - Gießkern zur Bildung eines Kühlkanals in einem gießtechnisch hergestellten Kolben

Info

Publication number: DE102007044105A1
Application number: DE102007044105A
Authority: DE
Inventors: Helmut Kollotzek
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2007-04-27
Filing date: 2007-09-15
Publication date: 2008-10-30
Also published as: JP5185995B2; WO2008131754A1; US20100163203A1; JP2010525221A; EP2142323B1; CN101668599A; BRPI0810852A2; US8122935B2; CN101668599B; EP2142323A1

Abstract

Vorgeschlagen wird ein löslicher und im Wesentlichen ringförmig ausgebildeter Gießkern (2) zur Bildung eines Kühlkanals, der über jeweils eine viertelkreisförmige Kernbiegung (17, 18) in zwei annähernd parallel zur Kolbenachse (16) angeordnete und vom Kolbenboden (3) wegweisende Bereiche (14, 15) übergeht, wobei der zweite Bereich (14) in einen Teil des Gießkernes (2) übergeht, der die Zulauföffnung (12) des Kühlkanals bildet, und der erste Bereich (15) in einen Teil des Gießkernes (2) übergeht, der die Ablauföffnung (13) des Kühlkanals bildet. Die beiden Bereiche (14, 15) des Gießkerns (2) sind in einem Abstand voneinander angeordnet, der maximal dem 2-fachen Querschnittsdurchmesser eines der beiden Bereiche (14, 15) entspricht. Hierdurch wird der Durchfluss des durch den Kühlkanal fließenden Kühlöles beschleunigt und die Kühlung des Kolbens verbessert.

Description

Die Erfindung betrifft einen Gießkern zur Bildung eines Kühlkanals in einem gießtechnisch hergestellten Kolben nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Aus der japanischen Patentanmeldung mit der Publikationsnummer 2006090159 A ist ein wasserlöslicher Salzkern zur Bildung eines Kühlkanals in einem gegossenen Kolben für einen Verbrennungsmotor bekannt, der ringförmig ausgebildet ist und einen parallel zur Kolbenachse liegenden Bereich aufweist, der den Ölablauf des Kühlkanals bildet und über eine viertelkreisförmige Kernbiegung in den ringförmigen Teil des Kühlkanals übergeht. Weiterhin weist der Salzkern einen parallel zur Kolbenachse angeordneten Bereich auf, der den Ölzulauf des Kühlkanals bildet, wobei der Salzkern auf der diesem Bereich gegenüberliegenden Seite eine Kerbe zur Bildung eines in Richtung des eingespritzten Ölstrahles konisch zulaufenden Strahlteilers aufweist. Der Strahlteiler hat die Funktion, den Ölstrahl in die beidseitig hiervon liegenden Hälften des Kühlkanals aufzuteilen, wobei die Aufteilung des Kühlöls in die beiden Kühlkanalhälften sowohl von der Position des Kolbens gegenüber einer den Ölstrahl abspritzenden Öldüse als auch von Querbeschleunigungen abhängt, die der Ölstrahl aufgrund von Bewegungen des mit dem Kolben ausgerüsteten Motors erfährt. Hieraus ergibt sich der Nachteil, dass die Menge des Kühlöles, das in die beidseitig des Strahlteilers liegenden Hälften des Kühlkanals eingeleiteten wird, großen Schwankungen unterliegt, woraus sich Temperaturprobleme für den Kolben ergeben können, die zu einer Beschädigung des mit dem Kolben ausgestatteten Motors führen können.
Diesen Nachteil des Standes der Technik zu vermeiden, ist Aufgabe der Erfindung. Gelöst wird diese Aufgabe mit den im Kennzeichen des Hauptanspruches stehenden Merkmalen. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen
1 eine perspektivische Darstellung eines halb aufgeschnittenen, im Gießverfahren hergestellten Kolbens mit dem erfindungsgemäßen, löslichen Gießkern zur Bildung eines Kühlkanals,
2 den löslichen Gießkern gemäß der Erfindung in perspektivischer Darstellung, bevor er in eine Gießform für den Kolben eingelegt wird,
3 eine Ausgestaltung des Gießkerns mit zwei Ölablauföffnungen und einem in Richtung der Hauptablauföffnung zunehmendem Querschnitt und
4 eine weitere Ausgestaltung des Gießkerns mit ovaler Zulauföffnung.
1 zeigt in perspektivischer Darstellung einen halbaufgeschnittenen Kolben 1 für einen Verbrennungsmotor, der im Gießverfahren hergestellt wird, wobei ein aus einem auslösbaren Material hergestellter Gießkern 2 mit eingegossen wird. In 1 ist der Gießkern 2 vollständig eingezeichnet, der ringförmig ausgebildet und nahe dem Kolbenboden 3 im radial äußeren Bereich des Kolbens 1 angeordnet ist. Hergestellt werden kann der Kolben 1 aus Aluminium oder aus Gusseisen, während der lösliche Gießkern 2 aus Salz oder aus Sand bestehen kann, sodass der Gießkern 2 nach dem Gießen des Kolbens 1 mit Wasser oder mit einer anderen geeigneten Flüssigkeit aus dem Kolben 1 ausgewaschen werden kann.
Der Kolben 1 ist versehen mit einer in den Kolbenboden 3 eingeformte Verbrennungsmulde 4 und radial außen in Kolbenbodennähe mit einer Ringpartie 5, wobei die dem Kolbenboden 3 nächstliegende Nut 6 einen beispielsweise aus Niresist bestehenden Ringträger 20 für einen in der Zeichnung nicht dargestellten Verdichtungsring aufweist. Der Kolben 1 weist auf der dem Kolbenboden 3 abgewandten Seite des Kolbens 1 zudem zwei einander gegenüberliegende Bolzennaben 7, 8 mit je einer Bolzenbohrung 9, 10 und außerdem die Bolzennaben 7, 8 miteinander verbindende und an den Kolbenboden 3 angeformte Schaftelemente auf, von denen in der Darstellung des Kolbens 1 gemäß 1 nur das Schaftelement 11 sichtbar ist.
Der in 1 dargestellte Kolben 1 ist so aufgeschnitten, dass die vom Gießkern 2 gebildeten Zulauföffnung 12 und Hauptablauföffnungen 13 des Kühlkanals erkennbar sind. In 2 ist dargestellt, dass der Gießkern 2 sowohl im Bereich der Zulauföffnung 12 als auch im Bereich der Hauptablauföffnung 13 kurze Bereiche 14, 15 aufweist, die zumindest annähernd gleiche Querschnittsdurchmesser aufweisen, und die jeweils über eine viertelkreisförmige Kernbiegung 17, 18 in den ringförmigen Teil des Gießkernes 2 übergehen. Hierbei liegt der Bereich 14, der die Zulauföffnung 12 bildet, zumindest annähernd parallel zur Kolbenachse 16. Die beiden Bereiche 14 und 15 des Gießkerns 2 sind in einem geringen Abstand voneinander angeordnet, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel näherungsweise dem Querschnittsdurchmesser des Bereiches 14 oder 15 maximal aber dem zweifachen Querschnittsdurchmesser des Bereiches 14 oder 15 entspricht. Der zweite Bereich 14 mündet hierbei in dasjenige Ende des Gießkernes 2, das die Zulauföffnung 12 des Kühlkanals bildet.
Im Bereich der Hauptablauföffnung 13 des Kühlkanals kann der Gießkern 2 eine weitere Kernbiegung 19 aufweisen, über die der zur Kolbenachse 16 parallel liegende erste Bereich 15 des Gießkernes 2 in den Teil des Gießkernes 2 übergeht, der die Hauptablauföffnung 13 bildet, die hierbei so ausgerichtet ist, dass das hieraus austretende Kühlöl, wie 1 erkennen lässt, in Richtung eines in der 1 nicht dargestellten Kolbenbolzens spritzt. Hierdurch kann das Kühlöl nach dem Kühlen des Kolbens 1 dazu verwendet werden, den Bolzen des Kolbens 1 zu kühlen, und das kleine Pleuelauge einer mit dem Kolben verbundenen Pleuelstange zu schmieren.
Hierbei hat die Form des Gießkernes 2 im Bereich der Zulauföffnung 12 und im Bereich der Hauptablauföffnung 13 mit den parallel zur Kolbenachse 16 liegenden Bereichen 14 und 15 und mit den Kernbiegungen 17 bis 19 den Vorteil, dass Kühlöl unabhängig von der Position des Kolbens 1 von einer beispielweise im Bereich der Kurbelwelle angeordneten Ölspritzdüse unter hohem Druck in die vom Gießkern 2 gebildete Ölzulauföffnung 12 eingespritzt werden kann, wobei die Ölspritzdüse so angeordnet ist, dass sie das Kühlöl parallel zur Kolbenachse 16 abspritzt und dabei in die Zulauföffnung 12 einspritzt. Das Öl gelangt dann über den von der Kernbiegung 17 gebildeten Teil des Kühlkanals mit nur geringem Strömungswiderstand in den ringförmigen Teil des Ölkanals, durchläuft diesen schnell, und gelangt über die von den Kernbiegungen 18 und 19 gebildeten Teile des Kühlkanals mit geringem Strömungswiderstand zur Hauptablauföffnung 13, sodass hierdurch ein großer Öldurchsatz gewährleistet ist, der zu einer gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Kühlung des Kolbens 1 führt.
Außerdem hat der geringe Abstand zwischen den Teilen des Kühlkanals, die von den parallel zur Kolbenachse 16 liegenden Bereichen 14 und 15 des Gießkernes 2 gebildeten werden, den Vorteil, dass nur ein sehr geringer Teil des Kolbens 1 vom Kühlöl ungekühlt bleibt.
Das in 3 dargestellte Ausführungsbeispiel eines Gießkerns 21 weist im Vergleich zum Gießkern 2 gemäß 2 einen vom Kolbenboden 3 wegweisenden Mittenbereich 26 auf, der eine mittlere Ablauföffnung 22 bildet, und der auf der den Bereichen 14 und 15' für die Zulauföffnung 12 und für die Hauptablauföffnung 13 gegenüberliegenden Seite des Gießkerns 21 angeordnet ist. Darüber hinaus nimmt der Querschnitt des Gießkerns 21 ausgehend von dessen Mittenbereich 26 bis hin zu dessen die Hauptablauföffnung 13 bildenden Bereich ersten Bereich 15' zu. Hierbei weist der Querschnitt des gesamten Gießkerns 21 eine ovale Form auf, dessen Ovalität in Richtung der Kolbenachse 16 liegt. Der vom Gießkern 21 gebildete Kühlkanal hat den Vorteil, dass er wegen der zusätzlichen, mittleren Ablauföffnung 22 und wegen des in Richtung des ersten Bereiches 15' zunehmenden Querschnitts dem in die Zulauföffnung 12 eingeleiteten Kühlöl einen sehr geringen Strömungswiderstand entgegensetzt, sodass dadurch die Menge des durch den Kühlkanal geleiteten Kühlöles weiter zunimmt und die Kühlung des Kolbens 1 verbessert wird.
In 4 ist eine Ausgestaltung eines Gießkernes 23 dargestellt, dessen Zulauföffnung 24 ovalförmig ausgebildet ist, wobei deren Ovalität senkrecht zum Kolbenradius 25 liegt. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass die im Bereich der Kurbelwelle angeordnete Ölspritzdüse, mit deren Hilfe dem Kühlkanalkolben das Kühlöl zugeführt wird, nicht so ausgerichtet sein muss, dass sie Öl ausschließlich parallel zur Kolbenachse 16 abspritzt. In Abhängigkeit des Ortes, wo die Ölspritzdüse montiert ist, kann das Kühlöl schräg, das heißt, in einem spitzen Winkel zur Kolbenachse 16 in Richtung Zulauföffnung 24 gespritzt werden, wobei die Ölspritzdüse derart ausgerichtet sein muss, dass der Ölstrahl die Zulauföffnung 24 unabhängig von der Stellung des Kolbens 1 zwischen dem oberen und dem unteren Totpunkt trifft.

1: Kolben
2: Gießkern
3: Kolbenboden
4: Verbrennungsmulde
5: Ringpartie
6: Nut
7, 8: Bolzennabe
9, 10: Bolzenbohrung
11: Schaftelement
12: Zulauföffnung
13: Hauptablauföffnung
14: zweiter Bereich des Gießkerns 2
15: erster Bereich des Gießkerns 2
15': erster Bereich des Gießkerns 23
16: Kolbenachse
17, 18, 19: Kernbiegung
20: Ringträger
21: Gießkern
22: mittlere Ablauföffnung
23: Gießkern
24: Zulauföffnung
25: Kolbenradius
26: Mittenbereich des Gießkerns 23

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 2006090159 A [0002]

Claims

Löslicher und im Wesentlichen ringförmig ausgebildeter Gießkern (2, 21, 23) zur Bildung eines Kühlkanals zur Aufnahme von Kühlöl, wobei der Kühlkanal in einem gießtechnisch hergestellten Kolben (1) nahe einem Kolbenboden (3) angeordnet ist, und wobei der Gießkern (2, 21, 23) über eine viertelkreisförmige Kernbiegung (18) in einen zumindest näherungsweise parallel zur Kolbenachse (16) angeordneten und vom Kolbenboden (3) wegweisenden, ersten Bereich (15, 15') übergeht, der eine Hauptablauföffnung (13) des Kühlkanals bildet, dadurch gekennzeichnet, dass der Gießkern (2, 21, 23) über eine viertelkreisförmige Kernbiegung (17) in einen zumindest annähernd parallel zur Kolbenachse (16) angeordneten und vom Kolbenboden (3) wegweisenden, zweiten Bereich (14) übergeht, der die Zulauföffnung (12, 24) des Kühlkanals bildet.
Gießkern (2, 21, 23) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bereich (15) des Gießkernes (2) in eine Kernbiegung (19) übergeht, die die Hauptablauföffnung (13) bildet und so ausrichtet, dass das hieraus austretende Kühlöl in Richtung eines im Kolben (1) angeordneten Kolbenbolzens spritzt.
Gießkern (2, 21, 23) nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen den Bereichen (14, 15, 15') für die Zulauföffnung (12, 24) und die Hauptablauföffnung (13) gegenüberliegenden und vom Kolbenboden wegweisenden Mittenbereich (26) zur Bildung einer mittleren Ablauföffnung (22).
Gießkern (2) nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Bereich (14, 15) des Gießkerns (2) zumindest annähernd gleiche Querschnittsdurchmesser aufweisen und in einem Abstand voneinander angeordnet sind, der maximal dem zweifachen Querschnittsdurchmesser eines der beiden Bereiche (14, 15) entspricht.
Gießkern (21, 23) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Gießkerns (21, 23) ausgehend vom Mittenbereich (26) bis zum ersten Bereich (15') zunimmt.
Gießkern (2, 21, 23) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zulauföffnung (12, 24) ovalförmig ausgebildet ist, wobei dessen Ovalität senkrecht zum Kolbenradius (25) liegt.
Gießkern (2, 21, 23) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er aus Salz besteht.
Gießkern (2, 21, 23) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er aus Sand besteht.