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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gießform eines Kolbens einer Brennkraftmaschine mit einem löslichen und im Wesentlichen ringförmigen Gießkern gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Die Erfindung betrifft außerdem einen mit einer derartigen Gießform gegossenen Kolben.
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Aus der
DE 198 04 168 A1 ist eine gattungsgemäße Gießform eines Kolbens einer Brennkraftmaschine mit einem löslichen und im Wesentlichen ringförmigen Gießkern zur Bildung eines Kühlkanals bekannt. Dieser Gießkern ist dabei auf zwei Stützen, sogenannten Pinolen, abgestützt, die im Verbindungsbereich mit dem Gießkern einen späteren Zulauf und einen Ablauf des ringförmigen Kühlkanals bilden. Jede der Stützen weist eine Mittellinie auf, die zum Außenumfang des Kolbens geneigt ist sowie ein Ende, das den löslichen Gießkern berührt und auf der Seite des Außenumfangs des Kolbens angeordnet ist. Hierdurch soll insbesondere ein Kolben mit erhöhter Festigkeit geschaffen werden können.
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Aus der
GB 1 055 737 ist eine weitere Gießform zum Gießen eines Kolbens bekannt, bei welcher ein löslicher Gießkern über vier Stützen gegenüber einer Gießform abgestützt und in Lage gehalten wird. Die Stützen sind dabei fest mit dem löslichen Gießkern verbunden.
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Zur Befestigung von insbesondere wasserlöslichen Gießkernen an einer Gießform zur Herstellung eines Kolbens einer Brennkraftmaschine werden in diesen Gießkern üblicherweise Sackloch- oder Durchgangsbohrungen eingebracht und anschließend Stifte in diese Bohrungen eingesetzt, die andererseits in entsprechende Aufnahmen an der Gießform eingesteckt werden. Die Stifte sind dabei an der Gießform befestigt. Hierdurch kann der Gießkern während des Gießens des Kolbens in Position gehalten werden. Das Einbringen der bekannten Bohrungen und die Montage der Gießform sind dabei jedoch vergleichsweise aufwändig und dadurch teuer.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für eine Gießform der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die insbesondere die Montage derselben deutlich vereinfacht.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, einen löslichen und im Wesentlichen ringförmigen Gießkern zur Bildung eines Kühlkanals in einer Gießform eines Kolbens nicht mehr wie bisher bekannt zunächst mit Bohrungen, insbesondere mit Sacklochbohrungen auszustatten, in welche dann bei der Montage der Gießform zugehörige Stifte eingesteckt werden, sondern die diesen Gießkern tragenden Stützen mit einer nadelartigen Spitze zu versehen, die ohne das vorherige Einbringen von Bohrungen in den Gießkern eindringt und diesen dadurch an der Stütze fixiert. Die erfindungsgemäße Gießform weist dazu den löslichen und im Wesentlichen ringförmigen Gießkern zur Bildung des Kühlkanals sowie zumindest eine diesen Gießkern während des Gießvorgangs tragende Stütze auf. Diese Stütze wiederum besitzt einen Stift mit der vorher genannten nadelartigen Spitze, die so spitz ist, dass sie durch einfaches Andrücken in den löslichen Gießkern eindringt und diesen dadurch ohne aufwändig und teuer herzustellende Bohrungen an der Stütze fixiert. Der Gießkern wird somit lediglich auf die erfindungsgemäß ausgebildete nadelartige Spitze aufgespießt, ohne dass weitere, insbesondere vorbereitende, Arbeitsschritte erforderlich wären. Durch das einfache Aufspießen des Gießkerns auf die nadelartigen Spitzen der Stifte der Stützen kann die Positionierung und zugleich auch die Fixierung des Gießkerns an der Gießform deutlich vereinfacht werden. Zur Positionierung des Gießkerns relativ zu den Stützen bzw. relativ zur Gießform kann darüber hinaus eine sogenannte "Walderzange" eingesetzt werden, wie sie der Erfindung Siegfried Walder in seiner Diplomarbeit "Entwicklung einer Vorrichtung zum prozesssicheren Positionieren eines Salzkernes mit Sacklochbohrung" beschrieben hat. Diese sogenannte Walderzange ist dabei sowohl zum Positionieren und Fixieren herkömmlicher Gießkerne, das heißt Gießkerne mit Sacklochbohrung, als auch zum Positionieren von neuartigen Gießkernen, das heißt Gießkernen ohne vorher eingebrachte Sacklochbohrung, ausgebildet. Selbstverständlich können auch andere Systeme, beispielsweise roboterunterstützte Systeme, zur Positionierung des Gießkerns verwendet werden.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung sind an der Spitze Haltekonturen angeformt, die ein verbessertes Halten der Spitze im Gießkern bewirken. Derartige Haltekonturen können beispielsweise als Zacken oder als Haken, insbesondere als Widerhaken, aber auch als Hinterschnittkonturen in der Art von Pfeilspitzen ausgebildet sein und sowohl ein einfaches Eindringen der Spitze in den Gießkern als auch ein zuverlässiges Fixieren der Spitze im Gießkern gewährleisten. Derartige Haltekonturen können dabei maschinell einfach und dadurch auch kostengünstig hergestellt werden.
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Zweckmäßig ist der Stift von der eine Pinole bildenden Stütze umgeben, die beispielsweise einen späteren Zulauf oder Ablauf zum Kühlkanal bilden kann. Der die Spitze tragende Stift wird somit in der Stütze geführt und aufgenommen und ist daher austauschbar in dieser gelagert. Die Stütze an sich hält den späteren Zu- oder Ablauf für den Kühlkanal während des Gießvorgangs frei, wobei selbstverständlich denkbar ist, dass die Spitze des Stiftes nur geringfügig über die die Pinole bildende Stütze hinausragt. Der Durchmesser der Stütze bestimmt somit den Durchmesser des späteren Zulaufs bzw. Ablaufs des Kühlkanals.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung sind der Stift und insbesondere die Spitze desselben aus einem Warmarbeitsstahl oder aus einem Hartmetall ausgebildet. Warmarbeitsstähle sind dabei legierte Werkzeugstähle für Verwendungszwecke, bei denen die Oberflächentemperatur des späteren Werkzeugs im Einsatz bis zu mehreren hundert °C betragen kann. Ihren hohen Verschleißwiderstand erhalten sie durch eine Härtungsbehandlung und ihre Warmfestigkeit durch ein nachfolgendes Anlassen, bei dem Sekundärcarbide ausgeschieden werden und Restaustenit beim Abkühlen in Martensit umgewandelt wird. Unter Hartmetallen hingegen versteht man gesinterte Carbithartmetalle, für die eine hohe Härte, eine hohe Verschleißfestigkeit und insbesondere auch eine hohe Warmhärte kennzeichnend sind. Sie finden aus diesem Grund ausgedehnte Anwendung in der Bestückung von Werkzeugen, wie beispielsweise Gießformen. Hartmetall bestehen meistens aus ca. 90 bis 94 % Wolframcarbit und 6 bis 10 % Kobalt, wobei die Wolframcarbitkörner durchschnittliche ca. 0,5 bis 1 Mikrometer groß sind. Das zusätzlich vorgesehene Kobalt füllt dabei die zwischen den Wolframcarbitkörnern gelegenen Zwischenräume. Beim Sintern der Hartmetalle werden hochschmelzende Hartstoffe im fein zerkleinerten Zustand mit einem leicht schmelzenden zweiten Stoff (Zusatzkörper) gemischt und auf Temperaturen unterhalb des Schmelzpunktes des schwer schmelzbaren Anteils (Carbide) erhitzt, wobei die Temperatur und die Zeitdauer der Erhitzung so gewählt werden, dass die Carbide zusammenbacken. Sowohl Warmarbeitsstahl als auch Hartmetall eigenen sich dabei in besonderer Weise zur Verwendung in Gießformen zur Herstellung von gegossenen Kolben.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
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Dabei zeigen, jeweils schematisch,
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1 eine mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gießform,
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2 eine Detaildarstellung einer nadelartigen Spitze eines einen Gießkern abstützenden Stiftes,
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3 eine Schnittdarstellung durch den Stift samt Spitze.
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Entsprechend der 1, weist eine erfindungsgemäße Gießform 1 eines im Übrigen nicht gezeigten Kolbens einer Brennkraftmaschine einen löslichen und im Wesentlichen ringförmigen Gießkern 2 zur Bildung eines Kühlkanals im späteren Kolben auf. Der Gießkern 2 ist dabei während des eigentlichen Gießvorgangs über zumindest zwei Stützen 3, 4, die in der Art von Pinolen ausgebildet sind, abgestützt. Um den Gießkern 2 zuverlässig auf den Stützen 3, 4 fixieren zu können, weisen diese Stifte 5 (vgl. auch die 2 und 3) eine nadelartige Spitze 6 auf, die vergleichsweise leicht in den Gießkern 2 eindringt und diesen dadurch an der Stütze 3, 4 fixiert. Der Gießkern 2 kann beispielsweise als Salz- oder Sandkern ausgebildet sein und dadurch nach dem Erkalten des Gussmaterials beispielsweise mittels Wasser gelöst und ausgewaschen werden.
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Zur besseren Fixierung des Gießkerns 2 an der Spitze 6 des Stiftes 5 und damit an den Stützen 3, 4 können an der Spitze 6 Haltekonturen 7 (vgl. 2) angeformt sein, die insbesondere als Zacken oder als Haken und insbesondere als Widerhaken ausgebildet sein können. Die Haltekonturen 7 können selbstverständlich auch lediglich in der Art von Schuppen oder Hinterschnitten ausgebildet sein.
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Betrachtet man insbesondere die 3, so kann man erkennen, dass der Stift 5 von der eine Pinole bildenden Stütze 3, 4 umgeben ist, wobei diese Stütze 3, 4 beispielsweise einen späteren Zulauf oder einen späteren Ablauf des durch den Gießkern 2 gebildeten Kühlkanals bilden kann. Der Stift 5 und insbesondere die Spitze 6 desselben kann beispielsweise aus einem Warmarbeitsstahl oder aus einem Hartmetall ausgebildet und dadurch vergleichsweise Temperatur und Verschleiß beständig sein. Eine Länge L der Spitze 6 kann beispielsweise ca. 5 bis 6 mm betragen, wobei der Stift 5 einen Durchmesser D von ca. 2 mm aufweisen kann. Generell kann dabei die Spitze 6 nicht nur die gemäß den 2 und 3 dargestellten Geometrien aufweisen, sondern es sind selbstverständlich auch weitere, insbesondere blattartige Geometrien denkbar.
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Mit den erfindungsgemäß vorgesehenen Spitzen 6 am Ende der Stifte 5 kann ein Befestigen dies Gießkerns 2 auf den Stützen 3, 4 vergleichsweise einfach, schnell und dadurch montagefreundlich erfolgen, ohne dass hierzu weitere, insbesondere vorbereitende Arbeiten, wie das Herstellen von Sacklochbohrungen im Gießkern 2 erforderlich wären. Die Spitze 6, die insbesondere nadelartig ausgebildet sein kann, ist dabei so scharf, dass sie durch leichtes Andrücken an den Gießkern 2 in diesen eindringt und dadurch den Gießkern 2 an den jeweiligen Stützen 3, 4 fixiert. Die gemäß der 1 dargestellte Gießform 1 soll dabei lediglich rein exemplarisch verstanden werden, so dass selbstverständlich auch Gießformen 1 mit mehr oder weniger Stützen 3, 4 von der Erfindung mit umfasst sein sollen. Der später gegossene Kolben kann beispielsweise aus Aluminium, das heißt als Leichtmetallkolben, ausgebildet sein.
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Ein Positionieren und Fixieren des Gießkerns 2 an den Stützen 3, 4 kann darüber hinaus über eine sogenannte Walderzange vergleichsweise einfach erfolgen, wobei auf diese Walderzange nicht näher eingegangen wird, da sie in der Diplomarbeit "Entwicklung einer Vorrichtung zum prozesssicheren Positionieren eines Salzkerns mit Sacklochbohrung" von Siegfried Walder ausführlich beschrieben ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19804168 A1 [0003]
- GB 1055737 [0004]
