DE102012215543A1

DE102012215543A1 - Casting mold of a piston

Info

Publication number: DE102012215543A1
Application number: DE102012215543.0A
Authority: DE
Inventors: Frank Ehmann
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2012-08-31
Filing date: 2012-08-31
Publication date: 2014-03-06
Also published as: CN104619438A; CN104619438B; JP2015528538A; BR112015004342A2; WO2014033012A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gießform (1) eines Kolbens (2) einer Brennkraftmaschine mit einem löslichen und im Wesentlichen ringförmigen Gießkern (3) zur Bildung eines Kühlkanals (4) und mit zumindest zwei diesen Gießkern (3) während des Gießvorgangs tragenden Stützen (5, 6). Erfindungswesentlich ist dabei, dass an einer Verbindungsstelle zwischen zumindest einer der beiden Stützen (5, 6) oder einer zusätzlichen dritten Stütze (9) und dem Gießkern (3) ein Blenden- oder Verschlusselement (15) angeordnet ist, das nach dem Gießvorgang zumindest teilweise fest mit dem Kolben (2) verbunden ist und das die Verbindungsstelle nach Entfernen des Gießkerns (3) verschließt oder einen zumindest gedrosselten Zwischenablauf (14) bildet. Hierdurch können die Stabilität der Gießform (1) deutlich erhöht und dadurch deren Handling vereinfacht werden.The present invention relates to a casting mold (1) of a piston (2) of an internal combustion engine with a soluble and essentially ring-shaped casting core (3) for forming a cooling channel (4) and with at least two supports (5) which carry this casting core (3) during the casting process , 6). It is essential to the invention that a screen or closure element (15) is arranged at a connection point between at least one of the two supports (5, 6) or an additional third support (9) and the casting core (3), which after the casting process at least partially is firmly connected to the piston (2) and which closes the connection point after removing the casting core (3) or forms an at least throttled intermediate drain (14). As a result, the stability of the casting mold (1) can be significantly increased and its handling can be simplified.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gießform eines Kolbens einer Brennkraftmaschine mit einem löslichen und im Wesentlichen ringförmigen Gießkern gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem einen gegossenen Kolben für eine Brennkraftmaschine sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen gegossenen Kolbens.The present invention relates to a casting mold of a piston of an internal combustion engine with a soluble and substantially annular casting core according to the preamble of claim 1. The invention also relates to a cast piston for an internal combustion engine and to a method for producing such a cast piston.

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 sein kann, 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.From the DE 198 04 168 A1 is a generic mold of a piston of an internal combustion engine having a soluble and substantially annular casting core for forming a cooling channel known. This casting core is supported on two supports, so-called sleeves, which form a later inlet and a drain of the annular cooling channel in the connection region with the casting core. Each of the pillars has a center line which may be inclined to the outer periphery of the piston and an end which contacts the soluble mold core and is disposed on the side of the outer periphery of the piston. As a result, in particular, a piston with increased strength should be able to be created.

Nachteilig bei den bekannten Gießformen ist insbesondere die Abstützung eines den Kühlkanal bildenden Gießkerns, sofern ein Zulauf und ein Ablauf des Kühlkanals eng benachbart zueinander angeordnet sind.A disadvantage of the known casting molds is in particular the support of the casting channel forming the cooling channel, provided that an inlet and a drain of the cooling channel are arranged closely adjacent to each other.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine gattungsgemäße Gießform eines Kolbens einer Brennkraftmaschine eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine erhöhte Stabilität und zugleich eine verbesserte Kühlung des mit dieser Gießform hergestellten Kolbens auszeichnet.The present invention is concerned with the problem of providing for a generic mold of a piston of an internal combustion engine, an improved or at least one alternative embodiment, which is characterized in particular by increased stability and at the same time an improved cooling of the piston produced with this mold.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This problem is solved according to the invention by the subject matters of the independent claims. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.

Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine an sich bekannte Gießform eines Kolbens einer Brennkraftmaschine mit einem löslichen und im Wesentlichen ringförmigen Gießkern zur Bildung eines Kühlkanals und mit zwei diesen Gießkern während des Gießvorgangs tragenden Stützen, zu versehen, wobei an einer Verbindungsstelle zwischen zumindest einer der beiden Stützen oder einer zusätzlichen dritten Stütze und dem Gießkern ein Blenden- oder Verschlusselement angeordnet ist, das nach dem Gießvorgang zumindest teilweise fest mit dem Kolben verbunden ist und in diesem verbleibt und das die Verbindungsstelle nach Entfernen des Gießkerns verschließt oder einen zumindest gedrosselten Zwischenablauf bildet. Hierbei sind verschiedenste Ausführungsformen des Blenden- oder Verschlusselements denkbar. Zumindest eine der Stützen kann beispielsweise hauptsächlich eine Abstützfunktion erfüllen und somit keinen Zwischenablauf schaffen, wobei in diesem Fall das Blenden- oder Verschlusselement als Verschlusselement ausgebildet ist und den Kühlkanal abdichtet. Denkbar ist alternativ selbstverständlich auch, dass das Blenden- oder Verschlusselement an seinem dem Kühlkanal zugewandten Ende eine bleibende, gedrosselte Verbindung zum Kühlkanal schafft und dadurch einen Zwischenablauf erzeugt. Der eigentliche Zu- und Ablauf des Kühlkanals kann durch eine oder zwei Stützen geschaffen werden oder durch eine spätere Bohrung, über die der Kühlkanal angebohrt wird. Erzeugt die jeweilige Ausführungsform des Blenden- oder Verschlusselements keine fluidführende Verbindung zum Kühlkanal, so handelt es sich bei einem derartigen Blenden- oder Verschlusselement um ein reines Verschlusselement und bei der zugehörigen Stütze um eine reine Abstützung zur Fixierung des Gießkerns während des Gießvorgangs. Erzeugt das Blenden- oder Verschlusselement an der Verbindungsstelle zum Kühlkanal eine gedrosselte (querschnittsreduzierte) Verbindung zum Kühlkanal, so kann an dieser Verbindungsstelle ein Zwischenablauf geschaffen werden. The present invention is based on the general idea of providing a per se known casting mold of a piston of an internal combustion engine with a soluble and substantially annular casting core to form a cooling channel and with two of these casting core during the casting supporting columns, wherein at a junction between at least one of the two supports or an additional third support and the casting core a diaphragm or closure element is arranged, which is at least partially fixedly connected to the piston after the casting and remains in this and which closes the joint after removal of the casting core or an at least throttled intermediate sequence forms. Here, various embodiments of the diaphragm or closure element are conceivable. For example, at least one of the supports can, for example, mainly fulfill a support function and thus create no intermediate flow, in which case the diaphragm or closure element is designed as a closure element and seals the cooling channel. It is also conceivable, of course, that the shutter or closure element at its end facing the cooling channel creates a permanent, throttled connection to the cooling channel and thereby creates an intermediate sequence. The actual inflow and outflow of the cooling channel can be created by one or two supports or by a later hole, through which the cooling channel is drilled. If the respective embodiment of the diaphragm or closure element does not produce a fluid-conducting connection to the cooling channel, then such a diaphragm or closure element is a pure closure element and the associated support is a pure support for fixing the casting core during the casting process. If the diaphragm or closure element produces a throttled (reduced-cross-section) connection to the cooling channel at the connection point to the cooling channel, then an intermediate sequence can be created at this connection point.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist eine dritte Stütze zur Abstützung des Gießkerns vorgesehen, wobei die zuerst genannten beiden Stützen benachbart zueinander angeordnet sind und einen späteren Zulauf und einen Ablauf des Kühlkanals bilden. Auf einer der beiden Stützen gegenüberliegenden Seite des Gießkerns ist nun erfindungsgemäß die dritte Stütze zur Abstützung desselben angeordnet, die einen Zwischenablauf des Kühlkanals bildet und aus diesem Grund einen deutlich reduzierten Querschnitt aufweisen sollte. Hierzu besitzt die dritte Stütze ein Blenden- oder Verschlusselement mit einem in den Gießkern eindringenden Stift, auf der eine Hülse aufgezogen ist. Der Außendurchmesser des Stiftes ist dabei im Vergleich zum Außendurchmesser der Hülse deutlich reduziert, wodurch bei einem nach dem Gießen erfolgenden Entfernen des Stiftes der Durchmesser des Zwischenablaufes nur dem Durchmesser des Stiftes und nicht demjenigen der Hülse entspricht. Die Hülse verbleibt auch nach dem Gießen im Kolben, wogegen der Stift entfernt wird. Ebenso entfernt wird in bekannter Weise der lösliche Gießkern, der bspw. als Sand- oder als Salzkern ausgebildet sein kann. Durch die dritte Stütze sind dabei mehrere Vorteile im Hinblick auf eine gattungsgemäße Gießform zu erzielen. Als erster Vorteil zu nennen ist dabei, dass der lösliche Gießkern zur Bildung des Kühlkanals nunmehr über drei Stützen und damit vergleichsweise stabil abgestützt wird, wobei der Hauptzulauf und der Hauptablauf eng benachbart zueinander an einer Seite des Kühlkanals angeordnet werden können. Durch das erfindungsgemäß vorgesehene Blenden- oder Verschlusselement mit dem Stift und der darauf aufgezogenen Hülse kann darüber hinaus der Durchmesser und damit auch der Querschnitt des Zwischenablaufs deutlich reduziert werden, wodurch ein unerwünschtes Abfließen von Kühlmittel zumindest reduziert und eine deutlich verbesserte Kühlung des mit der erfindungsgemäßen Gießform hergestellten Kolbens erzielt werden können. Im Vergleich zu einem dem Zulauf gegenüberliegenden Ablauf des Kühlkanals bei herkömmlichen Kolben, liegen der Zulauf und der Ablauf bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kolbens dicht beieinander, sodass das über den Zulauf in den Kühlkanal einströmende Kühlmittel, bspw. Kühlöl, den gesamten Kühlkanal durchströmen muss, bevor es den Kühlkanal über den Ablauf wieder verlassen kann. Die hierdurch verbesserte Kühlwirkung birgt jedoch die Schwierigkeit der Abstützung des Gießkerns, da der Zulauf und der Ablauf auf einer Seite des Gießkerns angeordnet sind. Um den Gießkern auf der gegenüberliegenden Seite zusätzlich abstützen zu können, ist die dritte Stütze vorgesehen, wodurch der Gießkern an sich deutlich stabilisiert wird. Würde die dritte Stütze jedoch in der Art der ersten beiden Stützen ausgeführt, so würde das Kühlmittel bereits nach der Hälfte des Kühlkanals ablaufen und dadurch die gewünschte Kühlwirkung verschlechtern. Durch das erfindungsgemäße Blenden- oder Verschlusselement mit dem Stift, auf welchem die Hülse aufgezogen ist, kann jedoch die dritte Stütze die eigentliche Abstützwirkung voll entfalten, ohne die Gefahr eines übermäßigen Kühlmittelabflusses zu schaffen. Die Hülse stellt in diesem Fall eine Blende dar. According to a preferred embodiment, a third support for supporting the casting core is provided, wherein the first-mentioned two supports are arranged adjacent to each other and form a later inlet and a drain of the cooling channel. On one of the two supports opposite side of the casting core according to the invention now the third support for supporting the same is arranged, which forms an intermediate sequence of the cooling channel and for this reason should have a significantly reduced cross-section. For this purpose, the third support has an aperture or closure element with a penetrating into the casting core pin on which a sleeve is mounted. The outer diameter of the pin is thereby significantly reduced in comparison to the outer diameter of the sleeve, whereby at a taking place after casting removal of the pin, the diameter of the intermediate sequence corresponds only to the diameter of the pin and not that of the sleeve. The sleeve remains in the piston even after casting, whereas the pin is removed. Also removed in a known manner, the soluble casting core, which may be formed, for example, as a sand or as a salt core. By the third support while several advantages with regard to a generic mold are to be achieved. The first advantage to be mentioned here is that the soluble casting core for forming the cooling channel is now supported comparatively stably by three supports, with the main inlet and the main outlet closely adjacent can be arranged to one another on one side of the cooling channel. By the inventively provided aperture or closure element with the pin and the sleeve mounted thereon, the diameter and thus also the cross section of the intermediate sequence can be significantly reduced, whereby an undesirable flow of coolant at least reduced and significantly improved cooling of the mold according to the invention produced piston can be achieved. Compared to an inlet opposite the outlet of the cooling channel in conventional pistons, the inlet and the outlet are close to each other in one embodiment of the piston according to the invention, so that the inflowing into the cooling channel via the inlet coolant, for example. Cooling oil, must flow through the entire cooling channel, before it can leave the cooling channel again via the drain. The cooling effect thereby improved, however, involves the difficulty of supporting the casting core, since the inlet and the outlet are arranged on one side of the casting core. In order to additionally support the casting core on the opposite side, the third support is provided, whereby the casting core itself is clearly stabilized. However, if the third support were designed in the manner of the first two supports, then the coolant would already run off after half of the cooling channel and thereby impair the desired cooling effect. However, the third support can fully unfold the actual supporting effect by the diaphragm or closure element according to the invention with the pin on which the sleeve is mounted, without creating the danger of excessive coolant outflow. The sleeve is in this case a diaphragm.

Zweckmäßig weist das Blenden- oder Verschlusselement bzw. die Hülse eine außen liegende Umfangsnut auf. Eine derartige außen liegende Umfangsnut ist einerseits fertigungstechnisch einfachst herzustellen und bewirkt andererseits beim Gießen des Kolbens ein Einfließen von Gießmaterial und dadurch eine zuverlässige Fixierung des Blenden- oder Verschlusselements bzw. der Hülse im fertig gegossenen Kolben. Selbstverständlich kann anstelle der außen liegenden Umfangsnut auch eine anders ausgebildete Kontur, bspw. vor- oder zurückspringend, vorgesehen sein, welche eine Verzahnung mit dem Gussmaterial des Kolbens und darüber eine feste Fixierung des Blenden- oder Verschlusselements bzw. der Hülse im gegossenen Kolben gewährleistet.Suitably, the diaphragm or closure element or the sleeve has an outer circumferential groove. Such an external circumferential groove is on the one hand manufacture technically simplest and on the other hand causes the casting of the piston an inflow of casting material and thereby a reliable fixation of the diaphragm or closure element or the sleeve in the finished cast piston. Of course, instead of the outer circumferential groove and a differently shaped contour, for example, forward or spring back, be provided, which ensures a toothing with the casting material of the piston and about a fixed fixation of the diaphragm or closure element or the sleeve in the cast piston.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung weist die Hülse einen Außendurchmesser von ca. 4 bis 5 mm, vorzugsweise von ca. 4,5 mm, und einen Innendurchmesser von ca. 1 bis 2 mm, vorzugsweise von ca. 1,8 mm, auf. Der Außendurchmesser des Stiftes entspricht dabei im Wesentlichen dem Innendurchmesser der Hülse, hier also bspw. 1,8 mm. Im Vergleich zu bisherigen Stützen, bei welchen der Außendurchmesser dem späteren Innendurchmesser des hierdurch geschaffenen Abflusses entsprach, kann durch die erfindungsgemäße Hülse der Durchmesser des Zwischenablaufs von bspw. 4,5 auf 1,8 mm reduziert und dadurch der über den Zwischenablauf abfließende Kühlmittelstrom stark verringert werden.In an advantageous development of the solution according to the invention, the sleeve has an outer diameter of about 4 to 5 mm, preferably of about 4.5 mm, and an inner diameter of about 1 to 2 mm, preferably of about 1.8 mm , The outer diameter of the pin essentially corresponds to the inner diameter of the sleeve, here, for example, 1.8 mm. Compared to previous supports, in which the outer diameter corresponded to the later inner diameter of the drain created thereby, can be reduced by the sleeve according to the invention, the diameter of the intermediate flow of, for example. 4.5 to 1.8 mm and thereby greatly reduced by the intermediate effluent coolant flow become.

Zweckmäßig ist die Hülse zwischen dem Gießkern und einer Negativform, insbesondere einem weiteren Gießkern, angeordnet, wobei der Stift sowohl in den Gießkern als auch in die Negativform eindringt und diese dadurch aneinander fixiert. Nach dem Gießen des Kolbens wird dann der den Kühlkanal bildende Gießkern gelöst, insbesondere ausgewaschen, und der Stift aus der Hülse gezogen, wogegen die Hülse aufgrund der Verzahnung ihrer Umfangsnut mit dem Gussmaterial des Kolbens im Kolben verbleibt. Der Stift bzw. die Hülse können dabei aus Metall, insbesondere aus Stahl oder aus einer Stahllegierung gebildet sein, wobei der Stift nicht nur die Abstützfunktion des darauf abgelegten Gießkerns bewirkt, sondern auch eine Fixierung desselben gegen ein seitliches Verschieben bzw. Abheben von den Stützen.The sleeve is expediently arranged between the casting core and a negative mold, in particular a further casting core, wherein the pin penetrates both into the casting core and into the negative mold and thereby fixes them to one another. After casting the piston, the core forming the cooling channel is then loosened, in particular washed out, and the pin is pulled out of the sleeve, whereas the sleeve remains in the piston due to the toothing of its circumferential groove with the casting material of the piston. The pin or the sleeve can be formed of metal, in particular of steel or of a steel alloy, wherein the pin not only causes the support function of the casting core deposited thereon, but also a fixation of the same against a lateral displacement or lifting of the supports.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Blenden- oder Verschlusselement einen in den Gießkern eindringenden Stift aufweist, wobei das Blenden- oder Verschlusselement auf seiner dem Stift abgewandten Seite ein buchsenartige Ausnehmung aufweist. Über die buchsenartige Ausnehmung kann das Blenden- oder Verschlusselement beispielsweise an einer Negativform fixiert werden, wogegen eine Fixierung am Gießkern über den in diesen eindringenden Stift erfolgt. Durch das Blenden- oder Verschlusselement ist eine später Leckage freie Abstützung des Gießkerns möglich, da durch das Blenden- oder Verschlusselement keine fluidführende Verbindung und damit kein Zwischenablauf geschaffen werden. Stift und Hülse können einteilig oder einstückig ausgebildet sein oder aber mehrteilig und anschließend miteinander verbunden werden. In a further advantageous embodiment of the invention it is provided that the diaphragm or closure element has a penetrating into the casting core pin, wherein the diaphragm or closure element has on its side facing away from the pin a sleeve-like recess. About the bush-like recess, the diaphragm or closure element can be fixed, for example, to a negative mold, whereas a fixation on the casting core via the penetrating into this pin. Through the aperture or closure element later leakage free support of the casting core is possible because no fluid-conducting connection and thus no intermediate sequence are created by the aperture or closure element. Pin and sleeve may be formed in one piece or in one piece or be connected in several parts and then with each other.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Other important features and advantages of the invention will become apparent from the dependent claims, from the drawings and from the associated figure description with reference to the drawings.

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.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.

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.Preferred embodiments of the invention are illustrated in the drawings and are explained in more detail in the following description, wherein like reference numerals refer to the same or similar or functionally identical components.

Dabei zeigen, jeweils schematisch,Show, in each case schematically,

1 eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Gießform, 1 a representation of a casting mold according to the invention,

2 einen mit der erfindungsgemäßen Gießform gegossenen Kolben, 2 a piston cast with the mold according to the invention,

3 eine Darstellung der erfindungsgemäßen Gießform im Bereich einer dritten Stütze inklusive Detaildarstellung, 3 a representation of the casting mold according to the invention in the region of a third support including detailed representation,

4–7 die erfindungsgemäße Gießform im Bereich der dritten Stütze bei unterschiedlichen Ausführungsformen. 4 - 7 the casting mold according to the invention in the region of the third support in different embodiments.

Entsprechend den 1 und 3, weist eine erfindungsgemäße Gießform 1 eines Kolbens 2 (vgl. 2) einer im übrigen nicht gezeigten Brennkraftmaschine einen löslichen und im Wesentlichen ringförmigen Gießkern 3 (vgl. 1) zur Bildung eines Kühlkanals 4 (vgl. 1 und 3) auf, mit zwei diesen Gießkern 3 während eines Gießvorgangs tragenden Stützen 5, 6, die an einer Verbindungsstelle mit dem Gießkern 3 einen späteren Zulauf 7 und einen Ablauf 8 des Kühlkanals 4 bilden (vgl. 1). Der Kühlkanal 4 ist dabei ringförmig ausgebildet und nur im Bereich des Zulaufs 7 und des Ablaufs 8 in Bezug auf die Ringform unterbrochen. Bei einer speziellen Ausführungsform der Erfindung sind nun die beiden Stützen 5, 6 benachbart zueinander angeordnet, wobei auf einer dem Zulauf 7 und dem Ablauf 8 gegenüberliegenden Seite des Gießkerns 3 eine dritte Stütze 9 zur Abstützung des Gießkerns 3 vorgesehen ist. Erfindungsgemäß ist an einer Verbindungsstelle zwischen zumindest einer der beiden Stützen 5, 6 oder einer zusätzlichen dritten Stütze 9 und dem Gießkern 3 ein Blenden- oder Verschlusselement 15 angeordnet, das nach dem Gießvorgang zumindest teilweise fest mit dem Kolben 2 verbunden ist und das die Verbindungsstelle nach Entfernen des Gießkerns 3 verschließt oder einen zumindest gedrosselten Zwischenablauf 14 bildet. Das Blenden- oder Verschlusselement 15 weist dabei einen in den Gießkern 3 eindringenden Stift 10 (vgl. 3 bis 7) auf, auf dem eine Hülse 11 aufgezogen ist. Durch die dritte Stütze 9 ist es möglich, den Zulauf 7 und den Ablauf 8 eng benachbart zueinander anzuordnen und den Gießkern 3 trotzdem an einer dritten Stelle abzustützen, wodurch die Gießform 1 insgesamt stabiler ausgeführt werden kann. Das Blenden- oder Verschlusselement 15 bzw. dessen Stift 10 in Verbindung mit der Hülse 11 wiederum ermöglichen eine Reduzierung des Durchmessers und damit auch des Querschnitts des durch den Stift 10 gebildeten Zwischenablaufs 14 von einem Durchmesser d₁ auf einen Durchmesser d₂ (vgl. 4) und dadurch eine Reduzierung des über den Zwischenablauf 14 im Bereich der dritten Stütze 9 abfließenden Kühlmittelanteils.According to the 1 and 3 , Has a casting mold according to the invention 1 a piston 2 (see. 2 ) an otherwise not shown internal combustion engine a soluble and substantially annular casting core 3 (see. 1 ) to form a cooling channel 4 (see. 1 and 3 ), with two of these casting core 3 during a casting supporting columns 5 . 6 at a junction with the casting core 3 a later feed 7 and a process 8th of the cooling channel 4 form (cf. 1 ). The cooling channel 4 is annular and only in the region of the inlet 7 and the process 8th interrupted in relation to the ring shape. In a specific embodiment of the invention, the two supports are now 5 . 6 arranged adjacent to each other, wherein on one of the inlet 7 and the process 8th opposite side of the casting core 3 a third pillar 9 for supporting the casting core 3 is provided. According to the invention, at a connection point between at least one of the two supports 5 . 6 or an additional third pillar 9 and the casting core 3 an aperture or closure element 15 arranged, after the casting at least partially fixed to the piston 2 is connected and that the junction after removal of the casting core 3 closes or at least throttled intermediate sequence 14 forms. The shutter or shutter element 15 has one in the casting core 3 penetrating pin 10 (see. 3 to 7 ) on which a sleeve 11 is raised. By the third support 9 is it possible to enter the inlet 7 and the process 8th to arrange closely adjacent to each other and the casting core 3 nevertheless support it in a third place, whereby the casting mold 1 can be made more stable overall. The shutter or shutter element 15 or his pen 10 in conjunction with the sleeve 11 in turn, allow a reduction of the diameter and thus also the cross section of the through the pin 10 formed intermediate sequence 14 from a diameter d ₁ to a diameter d ₂ (see. 4 ) and thereby a reduction of the intermediate sequence 14 in the area of the third pillar 9 effluent coolant component.

Der Zulauf 7, der Ablauf 8 und/oder der Zwischenablauf 14, d. h. die Stütze 9, können dabei im Wesentlichen orthogonal zur Ringebene des Gießkerns 3 ausgebildet sein, wie dies bspw. der 1 zu entnehmen ist. Das Blenden- oder Verschlusselement 15 bzw. die Hülse 11 kann darüber hinaus eine Umfangsnut 12 aufweisen (vgl. 3 und 4), die die Hülse 11 durch ein Eindringen von Gussmaterial beim Gießen des Kolbens 2 nach dem Entfernen des Stiftes 10 im Kolben 2 fixiert. Selbstverständlich können anstelle der Umfangsnut 12 auch andere vor- oder zurückspringende Konturen an einer Außenmantelfläche der Hülse 11 angeordnet sein, die eine hinterschnittartige Verbindung mit dem Gussmaterial des Kolbens 2 bewirken und dadurch das Blenden- oder Verschlusselement 15 bzw. die Hülse 11 zuverlässig im fertig gegossenen Kolben 2 fixieren. Die Hülse 11 kann, wie in 4 dargestellt ist, selbstverständlich auch einen glatten Außenmantel aufweisen und lediglich durch Haftreibung im Gussmaterial des Kolbens 2 gehalten werden. Die Hülse 11 kann bspw. einen Außendurchmesser von ca. 4 bis 5 mm, vorzugsweise von ca. 4,5 mm, und einen Innendurchmesser von ca. 1 bis 2 mm, vorzugsweise von ca. 1,8 mm, aufweisen, wobei der Innendurchmesser der Hülse 11 dem Außendurchmesser des Stiftes 10 im Wesentlichen entspricht. Der Kolben 2 kann bspw. als Leichtmetallkolben, insbesondere aus einer Aluminiumlegierung, gegossen werden, wobei für das Material der Hülse 11 und/oder des Stiftes 10 insbesondere eine Aluminiumlegierung, oder eine Ausbildung aus Stahl infrage kommt. Der Stift 10 bewirkt nicht nur eine vertikale Abstützung des Gießkerns 3, sondern auch eine Fixierung desselben im Hinblick auf ein seitliches Verschieben sowie ein Abheben, wodurch eine insgesamt steifere Gießform 1 geschaffen werden kann.The feed 7 , the sequence 8th and / or the interflow 14 ie the support 9 , can be substantially orthogonal to the ring plane of the casting core 3 be formed, as this, for example, the 1 can be seen. The shutter or shutter element 15 or the sleeve 11 can also have a circumferential groove 12 have (see. 3 and 4 ), which is the sleeve 11 by penetration of casting material during casting of the piston 2 after removing the pin 10 in the piston 2 fixed. Of course, instead of the circumferential groove 12 Other protruding or receding contours on an outer circumferential surface of the sleeve 11 be arranged, which has an undercut-like connection with the casting material of the piston 2 cause and thereby the aperture or closure element 15 or the sleeve 11 Reliable in the finished cast piston 2 fix. The sleeve 11 can, as in 4 is shown, of course, also have a smooth outer shell and only by static friction in the casting material of the piston 2 being held. The sleeve 11 For example, may have an outer diameter of about 4 to 5 mm, preferably of about 4.5 mm, and an inner diameter of about 1 to 2 mm, preferably of about 1.8 mm, wherein the inner diameter of the sleeve 11 the outer diameter of the pin 10 essentially corresponds. The piston 2 can be cast, for example, as a light metal piston, in particular of an aluminum alloy, wherein for the material of the sleeve 11 and / or the pen 10 in particular an aluminum alloy, or a training in steel is eligible. The pencil 10 not only causes vertical support of the casting core 3 but also a fixation of the same with respect to a lateral displacement and lifting, whereby an overall stiffer mold 1 can be created.

Betrachtet man die 3, so kann man erkennen, dass die Hülse 11 zwischen dem Gießkern 3 und einer Negativform 13, bspw. einer Metallform oder einer Sand-/Salzform, angeordnet ist, wobei der Stift 10 in den Gießkern 3 und die Negativform 13 eindringt und dadurch diese aneinander fixiert. Der Gießkern 3 kann bspw. als Sand- oder Salzkern ausgebildet sein. Looking at the 3 , so you can tell that the sleeve 11 between the casting core 3 and a negative form 13 , For example, a metal mold or a sand / salt form, is arranged, wherein the pin 10 in the casting core 3 and the negative mold 13 penetrates and thereby fixes them together. The casting core 3 may be formed, for example, as a sand or salt core.

Generell sind unterschiedlichste Ausführungsformen der Stützen 5, 6 und 9 denkbar, wobei diese später als Zulauf 7, als Ablauf 8, als Zwischenablauf 14 fungieren können. Bei einer reinen Abstützfunktion der Stützen 5, 6, 9 ist denkbar, dass der Zulauf 7 und der Ablauf 8 im fertig gegossenen Kolben 2 mittels einer Bohrung eingebracht werden. In general, various embodiments of the supports 5 . 6 and 9 conceivable, these being later than inflow 7 , as a process 8th , as an intermediate sequence 14 can act. For a pure support function of the supports 5 . 6 . 9 it is conceivable that the inlet 7 and the process 8th in the finished cast piston 2 be introduced by means of a bore.

Gemäß den 2 und 3 ist ein Blenden- oder Verschlusselement 15 mit einer Hülse 11 gezeigt, das über den Stift 10 sowohl im Gießkern 3 als auch in der Negativform 13 gehalten ist. Durch ein Entfernen des Stiftes 10 wird nach dem Gießvorgang ein hinsichtlich seines Querschnittes reduzierter Zwischenablauf 14 geschaffen. Der Stift 10 kann dabei sogar so lange ausgebildet sein, dass die Negativform 13 durchdringt. Gemäß der 5 ist ein Blenden- oder Verschlusselement 15 gezeigt, das sich aus einem Stift 10 und einer Hülse 11 zusammensetzt, wobei das Blenden- oder Verschlusselement 15 nach dem Gießvorgang im Kolben 2 verbleibt. Dies bedeutet, dass durch den ebenfalls im Kolben 2 verbleibenden Stift 10 der Kühlkanal 4 an der Verbindungsstelle zur Stütze 9 dicht und damit Leckage frei verschlossen ist. Eine dazu ähnliche Ausführungsform ist in 6 dargestellt, bei welcher Stift 10 und Hülse 11 einstückig gefertigt sind und dadurch ein einstückiges Blenden- oder Verschlusselement 15 bilden. Gemäß der 7 ist eine Ausführungsform des Blenden- oder Verschlusselement 15 gezeigt, das einen in den Gießkern 3 eindringenden Stift 10 aufweist, der integraler Bestandteil des Blenden- oder Verschlusselement 15 ist, wobei das Blenden- oder Verschlusselement 15 auf seiner dem Stift 10 abgewandten Seite ein buchsenartige Ausnehmung 16 aufweist. Über die buchsenartige Ausnehmung 16 kann das Blenden- oder Verschlusselement 15 von einem Stift 10' oder einer Negativform 13 gehalten und fixiert werden. According to the 2 and 3 is a shutter or shutter element 15 with a sleeve 11 shown that over the pin 10 both in the casting core 3 as well as in the negative form 13 is held. By removing the pin 10 is after the casting process with respect to its cross-section reduced intermediate sequence 14 created. The pencil 10 can even be formed so long that the negative mold 13 penetrates. According to the 5 is a shutter or shutter element 15 shown that is made up of a pen 10 and a sleeve 11 composed, wherein the aperture or closure element 15 after the casting process in the piston 2 remains. This means that by also in the piston 2 remaining pen 10 the cooling channel 4 at the junction with the support 9 tight and thus leakage is freely closed. An embodiment similar thereto is shown in FIG 6 shown at which pen 10 and sleeve 11 are made in one piece and thereby a one-piece aperture or closure element 15 form. According to the 7 is an embodiment of the shutter or closure element 15 shown, one in the casting core 3 penetrating pin 10 has, the integral part of the diaphragm or closure element 15 is, wherein the shutter or closure element 15 on his the pen 10 facing away from a bush-like recess 16 having. About the bush-like recess 16 can the shutter or shutter element 15 from a pen 10 ' or a negative mold 13 be held and fixed.

Generell ist zu den Darstellungen zu sagen, dass das Blenden- oder Verschlusselement 15, die Hülse 11 und der Stift 10 an allen Stützen 5, 6, 9 einsetzbar sind und zwar in beliebiger Ausgestaltung, da der Zulauf 7, der Ablauf 8 oder der Zwischenablauf 14 generell auch in einem späteren Verfahrensschritt mittels einer Bohrung hergestellt werden können. In general, to the representations to say that the shutter or shutter element 15 , the sleeve 11 and the pen 10 on all supports 5 . 6 . 9 can be used and indeed in any configuration, since the inlet 7 , the sequence 8th or the intermediate sequence 14 generally also in a later process step can be made by means of a bore.

Aus Stabilitätsgründen wird der Gießkern 3, der die spätere Form des Kühlkanals 4 im fertiggegossenen Kolben 2 festlegt, an zumindest zwei gegenüberliegenden Punkten durch die Gießform 1 abgestützt. Eine Abstützung ist dabei beispielsweise an der Position des späteren Zulaufs 7 und erzeugt damit durch die Berührfläche zum Gießkern 3 bereits eine Zulauföffnung zum späteren Kühlkanal 4. Zu- und Ablauf 7, 8 befinden sich beim beschriebenen Kühlkanal 4 benachbart auf derselben Seite des Kolbens 2, um eine gute Kühlung zu erhalten, da das Kühlfluid den ganzen Kühlkanal 4 durchströmen muss. Demzufolge ist eine Abstützung an Zu- 7 und Ablauf 8 aus Stabilitätsgründen nicht ausreichend. Es ist eine Abstützung notwendig, die sich, bezogen auf die Kolbenlängsachse, in etwa gegenüber dem Zu- oder Ablauf 7, 8 befindet. Diese Abstützung 9 erzeugt eine nicht erwünschte, zusätzliche Öffnung zum Kühlkanal 4 (Zwischenablauf 14), welche ein Abfließen des Öls bereits vor dem eigentlichen Ablauf 8 verursacht. Um diese zusätzliche Öffnung zu verschließen bzw. zu verkleinern soll das Blenden- oder Verschlusselement 15 zwischen Gießkern 3 und Stütze 9 eingegossen werden. Das Blenden- oder Verschlusselement 15 hat zudem die Funktion den Gießkern 3 zu fixieren. Das Blenden- oder Verschlusselement 15 verschließt den Kühlkanal 4 komplett oder ermöglicht einen reduzierten Abfluss von Kühlfluid. Das Blenden- oder Verschlusselement 15 weist vorzugsweise eine Außenkontur auf, die es ermöglicht, einen Formschluss zum fertig gegossenen Kolben 2 zu gewährleisten. For stability reasons, the casting core 3 , the later form of the cooling channel 4 in the finished cast piston 2 determines, at least two opposite points through the mold 1 supported. A support is, for example, at the position of the later inlet 7 and thus generated by the contact surface to the casting core 3 already an inlet opening to the later cooling channel 4 , Inlet and outlet 7 . 8th are located at the described cooling channel 4 adjacent to the same side of the piston 2 to get a good cooling because the cooling fluid the whole cooling channel 4 must flow through. As a result, support for 7 and expiration 8th for reasons of stability insufficient. It is a support necessary, which, based on the piston longitudinal axis, approximately opposite the inlet or outlet 7 . 8th located. This support 9 creates an unwanted additional opening to the cooling channel 4 (Between the end 14 ), which is a drainage of the oil even before the actual expiration 8th caused. To close this additional opening or to reduce the aperture or closure element 15 between casting core 3 and prop 9 be poured. The shutter or shutter element 15 also has the function of the casting core 3 to fix. The shutter or shutter element 15 closes the cooling channel 4 complete or allows a reduced outflow of cooling fluid. The shutter or shutter element 15 preferably has an outer contour, which allows a positive connection to the finished cast piston 2 to ensure.

Das Herstellen des erfindungsgemäßen Kolbens 2 erfolgt dabei wie folgt: Zunächst wird der lösliche und im Wesentlichen ringförmige Gießkern 3 zur Bildung des Kühlkanals 4 auf drei diesen Gießkern 3 während des Gießvorgangs tragenden Stützen 5, 6, 9 abgestützt, wobei die ersten beiden Stützen 5, 6 benachbart zueinander angeordnet sind und im Verbindungsbereich mit dem Gießkern 3 den späteren Zulauf 7 und Ablauf 8 des Kühlkanals 4 bilden. Auf der dem Zulauf 7 und dem Ablauf 8 gegenüberliegenden Seite des Gießkerns 3 liegt dieser auf der dritten Stütze 9 auf. An einer Verbindungsstelle zwischen der dritten Stütze 9 und dem Gießkern 3 ist ein Blenden- oder Verschlusselement 15 angeordnet, das nach dem Gießvorgang zumindest teilweise fest mit dem Kolben 2 verbunden ist und das die Verbindungsstelle nach Entfernen des Gießkerns 3 verschließt oder einen zumindest gedrosselten Zwischenablauf 14 bildet. Das Blenden- oder Verschlusselement 15 besitzt einen in den Gießkern 3 eindringenden Stift 10, auf dem die Hülse 11 aufgezogen ist. Die Hülse 11 ist dabei zwischen dem Gießkern 3 und der Negativform 13, bspw. einer Metallform, angeordnet, wobei der Stift 10 sowohl in den Gießkern 3 als auch in die Negativform 13 eindringt und dadurch diese aneinander fixiert (Vgl. 3, 4, 5 und 6). Mittels dieser Gießform 1 wird nun der Kolben 2 gegossen und nach dem Abkühlen der den Kühlkanal 4 bildende Gießkern 3 aufgelöst, insbesondere ausgewaschen. Dabei wird auch der Stift 10 aus der Hülse 11 herausgezogen, sodass lediglich die Hülse 11 im gegossenen Kolben 2 verbleibt. Eine Fixierung der Hülse 11 im Kolben 2 ist dabei über entsprechende vor- oder zurückspringende Konturen bzw. Umfangsnuten 12 an deren Außenseite gegeben. Je nachdem, ob das Blenden- oder Verschlusselement 15 als Blendenelement oder als Verschlusselement ausgebildet ist, ist kein oder ein reduzierter Abfluss von Kühlfluid möglich. The production of the piston according to the invention 2 takes place as follows: First, the soluble and substantially annular casting core 3 for the formation of the cooling channel 4 on three this core 3 during the casting supporting columns 5 . 6 . 9 supported, with the first two supports 5 . 6 are arranged adjacent to each other and in the connection region with the casting core 3 the later inflow 7 and expiration 8th of the cooling channel 4 form. On the inlet 7 and the process 8th opposite side of the casting core 3 this is on the third pillar 9 on. At a junction between the third pillar 9 and the casting core 3 is a shutter or shutter element 15 arranged, after the casting at least partially fixed to the piston 2 is connected and that the junction after removal of the casting core 3 closes or at least throttled intermediate sequence 14 forms. The shutter or shutter element 15 has one in the casting core 3 penetrating pin 10 on which the sleeve 11 is raised. The sleeve 11 is between the casting core 3 and the negative mold 13 , For example, a metal mold, arranged, wherein the pin 10 both in the casting core 3 as well as in the negative form 13 penetrates and thereby fixes them together (cf. 3 . 4 . 5 and 6 ). By means of this mold 1 will now be the piston 2 poured and after cooling the cooling channel 4 forming casting core 3 dissolved, in particular washed out. This is also the pen 10 from the sleeve 11 pulled out, so that only the sleeve 11 in the cast piston 2 remains. A fixation of the sleeve 11 in the piston 2 is on corresponding forward or recessed contours or circumferential grooves 12 given on the outside. Depending on whether the shutter or shutter element 15 is designed as a diaphragm element or as a closure element, no or a reduced outflow of cooling fluid is possible.

Mit der erfindungsgemäßen, insbesondere dritten Abstützung des Gießkerns 3 kann eine besonders stabile Gießform 1 geschaffen werden, wobei über das Blenden- oder Verschlusselement 15 ein unerwünscht hoher Abfluss von Kühlmittel aus dem Kühlkanal 4 an der Stelle des Zwischenablaufs 14 unterbunden werden kann.With the invention, in particular third support of the casting core 3 can be a particularly stable mold 1 be created, over the aperture or closure element 15 an undesirably high outflow of coolant from the cooling channel 4 at the point of the interflow 14 can be prevented.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 19804168 A1 [0002]

Claims

Casting mold ( 1 ) of a piston ( 2 ) an internal combustion engine with a soluble and substantially annular casting core ( 3 ) to form a cooling channel ( 4 ) and at least two of these casting core ( 3 ) supporting columns during the casting process ( 5 . 6 ), characterized in that at a connection point between at least one of the two supports ( 5 . 6 ) or an additional third support ( 9 ) and the casting core ( 3 ) an aperture or closure element ( 15 ) is arranged, after the casting at least partially fixed to the piston ( 2 ) and that the junction after removal of the casting core ( 3 ) closes or an at least throttled intermediate sequence ( 14 ).

Casting mold according to claim 1, characterized in that - the shuttering or closing element ( 15 ) one in the casting core ( 3 ) penetrating pen ( 10 ), on which a sleeve ( 11 ), or - that the aperture or closure element ( 15 ) one in the casting core ( 3 ) penetrating pen ( 10 ) and on his pen ( 10 ) facing away from a bush-like recess ( 16 ) having.

Casting mold according to claim 1 or 2, characterized in that - the two supports ( 5 . 6 ) at the junction with the casting core ( 3 ) a later feed ( 7 ) and a process ( 8th ) of the cooling channel ( 4 ), - that the two supports ( 5 . 6 ) are arranged adjacent to each other, - that on one of the inlet ( 7 ) and the process ( 8th ) opposite side of the casting core ( 3 ) the third support ( 9 ) is provided for supporting the same.

Casting mold according to claim 3, characterized in that the inlet ( 7 ), the sequence ( 8th ) and / or the intermediate sequence ( 14 ) substantially orthogonal to the ring plane of the casting core ( 3 ), with a deviation of up to 5 °.

Casting mold according to one of claims 2 to 4, characterized in that the diaphragm or closure element ( 15 ) or the sleeve ( 11 ) thereof an outer peripheral groove ( 12 ) having.

Casting mold according to one of claims 2 to 5, characterized in that - the sleeve ( 11 ) after casting in the flask ( 2 ), whereas the pen ( 10 ), and / or - that the aperture or closure element ( 15 ) one in one piece with the sleeve ( 11 ) trained pen ( 10 ) having.

Casting mold according to one of claims 2 to 6, characterized in that the diaphragm or closure element ( 15 ) or a sleeve ( 11 ) of the same an outer diameter of about 4 to 5 mm and an inner diameter of, about 1 to 2 mm / has.

Casting mold according to one of claims 1 to 7, characterized in that the piston ( 2 ) is formed of a light metal alloy, in particular of an aluminum alloy.

Casting mold according to one of claims 2 to 8, characterized in that the sleeve ( 11 ) between the casting core ( 3 ) and a negative form ( 13 ) is arranged, wherein the pin ( 10 ) in the casting core ( 3 ) and the negative form ( 13 ) penetrates and thereby fixes them together.

Casting mold according to claim 9, characterized in that the casting core ( 3 ) and / or the negative form ( 13 ) are formed as a salt core or as a sand core / is.

Cast piston ( 2 ) for an internal combustion engine with an internal annular cooling channel ( 4 ) for cooling the piston ( 2 ) during operation of the internal combustion engine, wherein the cooling channel ( 4 ) through a casting mold ( 1 ) is produced according to one of the preceding claims.