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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Kolbens für einen Kraftfahrzeugmotor, insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines Kolbens für einen Kraftfahrzeugmotor, das Gießfehler wie Oxideinschlüsse oder Lunker auf der Oberfläche eines Brennraums über einem Kolbenboden nach dem Gießen verhindern kann.
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Beschreibung des Standes der Technik
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Ein Kolben in einem Kraftfahrzeugmotor ist ein Teil, das innerhalb eines Zylinders hin und her bewegt wird, um die Kraft auf eine Kurbelwelle durch eine Pleuelstange, die mit dem Kolbenboden verbunden ist, zu übertragen und der durch die Kraft eines Hochtemperatur- und Hochdruckgases während des Arbeitstaktes heruntergedrückt wird.
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Der Kolbenboden ist ein Teil des Brennraums und der Brennraum ist ein Element, das einen großen Einfluss auf die Leistung und die Kraftstoffeffizienz des Motors hat, so dass eine Struktur, die eine hocheffiziente Verbrennung eines Luft-Kraftstoff-Gemisches bei einer minimalen Umweltbelastung ermöglicht, erforderlich ist. Der Form der Brennkammer hängt von der Montageposition des Ventiltriebs und der Zündkerze, der Kühlungsart und der Form des Kolbenbodens etc., ab.
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Kürzlich wurde als Motortechnologie ein Benzindirekteinspritzungsmotor (GDI) eingeführt, um den steigenden Bedarf bei der Entwicklung einer Turbo-Technologie zu decken und die Kraftstoffeffizienz zu verbessern. Die Benzindirekteinspritzung (GDI) hat den Vorteil der Verbesserung der Motorleistung und der Kraftstoffeffizienz und reduziert Abgase, da hierbei der Kraftstoff direkt in einen Brennraum eingespritzt wird und dann verbrannt wird. Insbesondere hat die Direkteinspritzung (GDI) den Vorteil, eine ultramagere Verbrennung verbunden mit einer hohen Verbrennungssicherheit zu ermöglichen, im Vergleich zu einer Einlasskanaleinspritzung (Port Fuel Injection, PFI) (eine Ausführung, bei der ein Luft-Kraftstoff-Gemisch in einen Brennraum durch Einspritzung von Kraftstoff in einen Einlasskanal eingeführt wird), welcher ein indirekter Einspritzungs-Typus ist.
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Für die GDI-Motoren ist es wichtig, sehr guten Kraftstoff zu verwenden, der direkt in den Brennraum, um die Zündkerze herum, eingespritzt wird, und dies hängt von der Struktur des Brennraums ab, dementsprechend ist die Form des Kolbenbodens, der einen Teil des Brennraums ausbildet, wichtig.
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Eine konkave Schale, die die Strömung der Luft und des Kraftstoffes kontrollieren kann, ist im Allgemeinen an der Oberseite des Kolbens (die Bodenoberseite) bei GDI-Motoren ausgebildet, um das Problem der Vermischung von Motorenöl in das Gemisch zu lösen, die Motorleistung und die Kraftstoffeffizienz zu verbessern, und Schadstoffe und Abgabe zu reduzieren. Die Schale ermöglicht die Erzeugung eines dichten Gemisches in dem Zündungsbereich um die Zündkerze herum durch Führung der Strömung der Luft und des Kraftstoffes.
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Da die eingeführte Luft zu der Schale durch den Einlasskanal entlang der Schalenwand strömt, wird damit die Strömung verbessert und der von einem Injektor eingespritzte Kraftstoff vermischt sich mit der Luft während einer Verdampfung nach dem Auftreffen gegen die Schalenwand, so dass ein geschichtetes Gemisch erzeugt wird, und dann findet die Verbrennung mit dem Gemisch statt, das in der gesamten Brennkammer verdünnt ist, aber um die Zündkerze herum geschichtet und dicht.
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Wie im obigen beschrieben, ist es durch Ausbildung der Schale zur Verbrennung eines dichten Gemisches in dem Zündungsbereich möglich, die Motorleistung und die Kraftstoffeffizienz zu verbessern und Schadstoffe und Abgase zu reduzieren. Ferner beeinflusst die Form der Oberseite des Kolbenbodens mit einer Schale, die ein Teil der Brennkammer ausbildet, die Verdünnung des Motoröls, die Motorleistung und die Kraftstoffeffizienz, und die Erzeugung von Schadstoffen und Abgasen.
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Entsprechend wurden verschiedene Formen von Schalen für die Maximierung der Verbrennungsleistung und der Kraftstoffeffizienz und der Minimierung der Abgase vorgeschlagen, und die
koreanischen Patentanmeldungen Nr. 10-2004-0041308 und
10-2009-0064171 und das
koreanische Patent Nr. 10-0946484 erläutern als Dokumente zum Stand der Technik einen Kolben mit einer Schale. Des Weiteren wird als Verfahren zur Herstellung eines Kolbenbodens überwiegend Kokillengießen eingesetzt, und die
koreanische Patentanmeldung Nr. 10-2002-0024678 und das
koreanische Patent Nr. 10-1009962 erläutern als Dokumente zum Stand der Technik ein Herstellungsverfahren, bei dem Kokillengießen eingesetzt wird.
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Im Allgemeinen wird unter Kokillengießen ein Gießverfahren verstanden, bei dem flüssiges Metall in eine Gießform eingeführt wird, unter Verwendung der Schwerkraft, und es wird überwiegend eingesetzt für die Herstellung von Kolben, Hülsen, Kurbelwellengehäuse, Zylindern und Lagern etc., unter Verwendung von nicht-eisenhaltigen Metalllegierungen wie Aluminium (Al), Magnesium (Mg) und Kupfer (Cu), Gusseisen und Stahl.
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Bei dem Verfahren der Herstellung eines Kolbens unter Verwendung von Kokillengießen wird geschmolzenes Metall in eine Gießform von einer Gießpfanne gegossen und für eine vorbestimmte Zeit geformt/ausgehärtet, und dann wird das geformte Produkt abgekühlt durch eine Öffnung in der Gießform. Nachdem das Produkt abgekühlt ist, wird das beim Gießen geformte Steigrohr durch Drehen oder Fräsen entfernt und eine Schale wird ausgebildet, und dann wird nachfolgend eine Bearbeitung für eine Unterseite, eine Kolbenringnut, ein Stiftloch und ein Schmierloch durchgeführt, und damit wird der Kolbenboden fertiggestellt.
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Es wird jedoch, da die Form der Oberseite eines Kolbenbodens, einschließlich einer Schale und eines Brennraums, für die Verbrennungscharakteristik kompliziert ist, seit kurzem schwierig, ein Steigrohr zu entfernen und eine Schale auszubilden. Insbesondere entstehen Gießfehler wie Oxideinschlüsse und Lunker und ein Problem hinsichtlich der Lebensdauer bei einer Komplizierung der Form und eine zusätzliche Bearbeitung zum Entfernen der fehlerhaften Bereiche ist erforderlich.
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Die 1 und 2 zeigen Ansichten zur Veranschaulichung der Probleme im Stand der Technik. Die 1 zeigt den Strömungsweg von flüssigem Metall, der durch einen Anguss einer Gießform beim Herstellen eines Kolbens gegossen wird, und 2 zeigt eine Ansicht zur Veranschaulichung, dass eine Oxidationsschicht in einem Brennraum gebildet wird durch eine Änderung der Strömung des flüssigen Metalls aufgrund der konkaven Form einer Schale an der Oberseite des Bodens.
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In einem Kolben, der für einen GDI-Motor verwendet wird, ist es vorgesehen, eine konkave Schale (12 in 2), wie im obigen beschrieben, an der Oberseite 11 des Kolbenbodens auszubilden, und wie in 1 veranschaulicht, ist ein Steigrohr 13 innerhalb der Schale beim Gießen angeordnet.
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Wenn flüssiges Metall durch einen Anguss 2 eingegossen wird, steigt das flüssige Metall von dem Boden in einer Gießform 1 auf und im Normalfall ist es vorgesehen, eine Oxidationsschicht, die sich an der Oberfläche des flüssigen Metalls gebildet hat, zu entfernen und an einem Steigrohr 13 an der Oberseite des Kolbens zu sammeln, und dann die Oxidationsschicht mit dem Steigrohr 13 zu entfernen, ohne dass sie am Kolbenboden verbleibt.
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Allerdings, da die Form der Oberfläche des Kolbenbodens durch eine Schale kompliziert ist, verändert sich die Strömung des flüssigen Metalls in Richtung des gebogenen Bereiches, so dass die Schale (die Strömung des flüssigen Metalls wird durch die konkave Form der Schale geändert) und ein großer Betrag einer Oxidationsschicht wird an der Oberseite des Bodens (der Oberfläche des Brennraums) erzeugt.
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Wie in 2 veranschaulicht, ist die Oxidationsschicht auf der Oberfläche blockiert und wird durch den gebogenen Bereich nicht zu dem Steigrohr 13 hin entfernt und verbleibt als ein Oxideinschluss an der Oberfläche der Schale 12 an der Oberseite 11 des Bodens (der Oberfläche des Brennraums). Des Weiteren strömt das flüssige Metall nicht gleichmäßig über die Oberfläche der Schale 12, so dass viele Gießfehler wie Lunker erzeugt werden.
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3 zeigt ein Bild, um zu veranschaulichen, dass Oxideinschlüsse auf dem konkaven, gebogenen Bereich einer Schale bei einem Kolben, der mit einem Herstellungsverfahren aus dem Stand der Technik hergestellt worden ist, verbleiben, und 4 zeigt ein Bild, das Lunker und Oxideinschlüsse auf der Oberfläche eines Brennraums nach einem Kokillengießverfahren veranschaulicht.
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Da die Formen von Schalen auf Kolben nun sehr kompliziert sind, um eine Verbrennungscharakteristik zu verbessern, ist die Möglichkeit von Gießfehlern, die auf der Oberfläche der Bodenoberseite (die Oberfläche eines Brennraums) erzeugt werden, weiter angestiegen. Da die Gießfehler die grundsätzliche Erklärung für eine Beschädigung von Kolben ist, ist es erforderlich, Gießfehler auf der Oberfläche eines Brennraums auszuschließen oder Gießfehler durch zusätzliche Bearbeitung nach dem Gießen zu entfernen, um die Lebensdauer der Kolben zu verbessern.
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Die zusätzliche Bearbeitung verursacht ein Problem, da es die Form der Schale einschränkt, z. B. eine kreisförmige Schale beim Drehen (Bearbeiten der Innenseite der Schale), zusätzlich zu einer Verminderung der Produktivität, und Fräsen ist für andere Formen als ein Kreis erforderlich. Insbesondere, je komplizierter die Form ist, desto schwieriger ist die Bearbeitung und dann ist auch eine 3D NC Bearbeitung erforderlich, um Gießfehler durch Bearbeiten der komplizierten Oberfläche der Oberseite eines Kolbenbodens zu entfernen, und dadurch kann die Produktivität wesentlich sinken (Fräsen für die Oberseite einer Schale und 3D NC Bearbeitung für die Außenseite einer Schale).
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Die in diesem Hintergrundabschnitt offenbarte Information dient nur der Verbesserung des Verständnisses des allgemeinen Hintergrundes der Erfindung und soll nicht als eine Anerkennung oder eine andere Form des Hinweises betrachtet werden, dass diese Informationen den bereits bekannten Stand der Technik bilden.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung richten sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Kolbens für einen Kraftfahrzeugmotor, wodurch Gießfehler wie Oxideinschlüsse oder Lunker auf der Oberfläche eines Brennraumes über einen Kolbenboden nach dem Gießen verhindert werden können.
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Verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung richten sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Kolbens eines Kraftfahrzeugmotors, welches umfasst: Gießen einer Bodenoberseite mit einer Schale durch Eingießen eines ersten flüssigen metallischen Materials in eine erste Gießform, mit einem Verbindungsbereich der Bodenoberseite, die an einem oberen Bereich in der ersten Gießform ausgebildet ist, und einem ersten Steigrohr an dem Verbindungsbereich der Bodenoberseite; Gießen des Körpers, der ein Teil des Kolbens mit Ausnahme der Bodenoberseite ist, Gießen eines zweiten flüssigen metallischen Materials in eine zweite Gießform, mit einem Verbindungsbereich des Körpers, der an einem oberen Bereich in der zweiten Gießform ausgebildet ist, und einem zweiten Steigrohr an dem Verbindungsbereich des Körpers; Entfernen der Steigrohre von der Bodenoberseite und dem Körper; und integrales Verbinden der Bodenoberseite und des Körpers an den Verbindungsbereichen der Bodenoberseite und des Körpers, und hierdurch Bilden des Kolbens.
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In einem Aspekt kann das Verfahren ferner die Bearbeitung von zumindest einem der Verbindungsbereiche der Bodenoberseite und des Körpers umfassen, um eine flache Verbindungsseite an zumindest einer der Verbindungsbereiche auszubilden, wobei die Bearbeitung durchgeführt wird, nachdem das Steigrohr oder die Steigrohre entfernt worden sind. Das Entfernen der Steigrohre und die Bearbeitung von zumindest einer der Verbindungsbereiche kann mittels Drehen durchgeführt werden.
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In verschiedenen Aspekten werden die Bodenoberseite und der Körper durch Löten oder Reibschweißen miteinander verbunden werden. In einigen Aspekten sind die Bodenoberseite und der Körper aus einer Aluminiumlegierung hergestellt.
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In anderen Aspekten wird eine Spitzenringnut integral an der Bodenoberseite ausgebildet. Die Bodenoberseite ist aus einem Gusseisen hergestellt und der Körper aus einer Aluminiumlegierung.
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Somit ist es entsprechend dem Verfahren zur Herstellung eines Kolbens nach der vorliegenden Erfindung möglich, da der Körper und die Bodenoberseite separat gegossen werden und dann gemäß der vorliegenden Erfindung miteinander verbunden werden, einen Kolben ohne einen Materialfehler aufgrund einer Oxidationsschicht oder anderer Ursachen herzustellen. Insbesondere ist es möglich, Gießfehler effektiv zu verhindern, auch wenn die Gestalt der Schale für eine Optimierung des Brennraums kompliziert ist, und ein hoch-technologischer zusätzlicher Verfahrensschritt zur Entfernung des Bereiches mit den Gießfehlern kann entfallen, und daher ist es möglich, die Produktivität sicherzustellen und die Verfahrenskosten und die Herstellungskosten zu reduzieren.
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Ferner, da es möglich ist, das Lösungsglühen zum Verbessern der Festigkeit des Kolbens und das Löten zum Verbinden des Körpers und der Bodenoberseite in einem integrierten Verfahrensschritt durchzuführen, kann ein separates Lösungsglühen entfallen und der gesamte Prozess kann vereinfacht werden. Ferner, da die oberste Kolbenringnut 15 integral an der Bodenoberseite 11, die aus Gusseisen durch Gießen hergestellt ist, ausgebildet ist, um die Funktion einer Gusseiseneinlage auszuüben (Ringträger), ist ein separates Gießen der Einlage nicht erforderlich, wodurch der Prozess zur Herstellung eines Kolbens reduziert und vereinfacht werden kann und ein Oxidationsschichtfehler an der Oberseite des Verbrennungsraums aufgrund einer Gusseiseneinlage kann verhindert werden.
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Die Verfahren und Anlagen der vorliegenden Erfindung haben weitere Eigenschaften und Vorteile, die offensichtlich werden oder detaillierter erläutert werden mit den beiliegenden Zeichnungen, die hiermit eingeschlossen sind, und der nachfolgenden detaillierten Beschreibung, die zusammen dazu dienen, verschiedene Grundsätze der vorliegenden Erfindung zu erklären.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die obigen und andere Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden nun im Detail beschrieben unter Bezugnahme auf bestimmte exemplarische Ausführungsformen, die in den beiliegenden Zeichnungen, die jedoch nur der Veranschaulichung dienen und somit keine Beschränkung der vorliegenden Erfindung darstellen, veranschaulicht sind, und wobei:
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1 zeigt eine Querschnittsdarstellung, die die Strömung von flüssigem Metall in einer Gießform beim Herstellen eines Kolbens gemäß eines Herstellungsverfahren nach dem Stand der Technik veranschaulicht;
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2 zeigt eine Ansicht, die eine Oxidationsschicht, die in einem Brennraum gebildet wird durch eine Änderung der Strömung von flüssigem Metall aufgrund der konkaven Form einer Schale an der Bodenoberseite bei einem Herstellungsverfahren im Stand der Technik, veranschaulicht;
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3 ist ein Bild, das veranschaulicht, dass Oxideinschlüsse an einem konkaven, gebogenen Bereich einer Schale an einem Kolben, der mit einem Herstellungsverfahren nach dem Stand der Technik hergestellt wurde, verbleiben;
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4 ist ein Bild, das Lunker und Oxideinschlüsse auf der Oberfläche eines Brennraums nach dem Kokillengießen zeigt;
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5 zeigt eine Ansicht von Verfahrensschritten, die ein erstes exemplarisches Verfahren zur Herstellung eines Kolbens gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulichen;
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6 ist eine Ansicht von Verfahrensschritten, die ein zweites exemplarisches Verfahren zur Herstellung eines Kolbens gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulichen, und
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7 ist eine Querschnittsdarstellung, die einen Kolben versehen mit einer Gusseiseneinlage veranschaulicht.
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Detaillierte Beschreibung
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Bezug wird nun im Detail genommen auf verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung(en), Beispiele, die in den beiliegenden Zeichnungen veranschaulicht und nachfolgend beschrieben werden. Während die Erfindung(en) beschrieben wird in Verbindung mit exemplarischen Ausführungsformen, versteht es sich, dass die vorliegende Beschreibung nicht beabsichtigt, die Erfindung(en) auf diese exemplarischen Ausführungsformen einzugrenzen. Im Gegenteil, die Erfindung(en) beabsichtigt(en) nicht nur die exemplarischen Ausführungsformen abzudecken, sondern auch verschiedene Alternativen, Modifikationen, Äquivalente und andere Ausführungsformen, die von dem Geist und dem Schutzbereich der Erfindung, wie er durch die anliegenden Ansprüche definiert ist, eingeschlossen sein können.
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Die vorliegende Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Kolbens für einen Kraftfahrzeugmotor, welches Gießfehler wie Oxideinschlüsse oder Lunker an der Oberfläche eines Brennraumes über einem Kolbenboden nach dem Gießen verhindern kann.
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Ein Verfahren zur Herstellung eines integrierten Kolbens durch separates Gießen der Bodenoberseite mit einer Schale und einem Körper, das andere Teil mit Ausnahme der Bodenoberseite, und diese dann miteinander zu verbinden, wird hier erläutert. Die Bodenoberseite umfasst die Oberseite eines Kolbens, die einen Brennraum definiert und der Körper umfasst ein Unterteil und den Bereich, an den eine Pleuelstange unter der Bodenoberseite angeschlossen wird.
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5 ist eine Ansicht von Verfahrensschritten, die ein Verfahren zur Herstellung eines Kolbens gemäß einer ersten exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, und zeigt ein Verfahren zur Herstellung eines integrierten Kolbens durch separates Gießen eines Körpers und der Bodenoberseite und diese dann miteinander zu verbinden.
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Bei dem Herstellungsprozess der vorliegenden Erfindung wird ein Körper 21 mit einer flachen Oberseite 23 durch Gießen und Drehen gebildet, wobei ein Steigrohr 22 oberhalb des Körpers in einer Gussform beim Kokillengießen angeordnet ist, und eine Oxidationsschicht wird so viel wie möglich zu dem Steigrohr 22 in dem oberen Bereich beim Gießen eingesammelt. Offensichtlich ist eine Gießform zur separaten Herstellung des Körpers 21 erforderlich, und es wird eine Gießform, die das Steigrohr 22 an dem Körper 21 ausbilden kann, verwendet, so dass flüssiges Metall oder metallisches Material in der Gießform aufsteigt, während es durch einen Anguss eingegossen wird, und die auf dem flüssigen Metall oder metallischem Material erzeugte Oxidationsschicht wird entfernt und zu dem Steigrohr 22 oberhalb des Hauptkörpers 21 eingesammelt (siehe 5a).
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Nachdem der Körper 21 gegossen ist, kann das Steigrohr 22 einfach entfernt werden, z. B. durch Drehen, und die Oberseite 23 des Körpers (die Oberfläche ist im Kontakt mit der Bodenoberseite) wird flach bearbeitet, so dass die Bearbeitung einfach ist. Es ist möglich, Gießfehler komplett zu entfernen und Fehler durch Oxideinschlüsse nur durch Entfernung des Steigrohres 20 zu entfernen (siehe 5c). Der Körper 21, der durch Gießen entstanden ist, ist mit einem Unterteil 24 und einem Stiftloch 25, in das eine Pleuelstange eingesetzt werden kann, ausgebildet.
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Die Bodenoberseite 11 ist mit der Verbindungsseite (Boden) 14 ausgebildet, die mit dem Körper 21 verbunden wird, und wird durch Gießen und Drehen abgeflacht, und ist umgedreht und in einer Gießform gegossen, und eine Gießform zum Gießen der Bodenoberseite 11 oder eine Gießform, mit der eine umgedrehte Bodenoberseite gegossen werden kann, wird verwendet.
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Entsprechend ist die Oberfläche, an der eine konkave Schale 12 (die Oberseite der Bodenoberseite) beim Kokillengießen angeordnet ist, in einem niedrigeren Bereich in der Gießform ausgebildet, wobei der Boden der Bodenoberseite 11 flach ausgebildet ist, um einen oberen Bereich in der Gießform auszubilden, so dass das Steigrohr 13 oberhalb des flach zu bearbeitenden Bereiches positioniert ist.
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Entsprechend verbleibt eine Oxidationsschicht nicht an der Oberfläche (welches die Oberseite mit der Schale ist), die im niedrigeren Bereich in der Gießform beim Gießen angeordnet ist, und eine Oxidationsschicht wird in dem Steigrohr 13 oberhalb des flach zu bearbeitenden Bereiches so viel wie möglich eingesammelt (das ist der Bereich, der an dem oberen Bereich in der Gießform angeordnet ist, der flach bearbeitet ist und mit dem Körper verbunden ist).
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Nachdem die Bodenoberseite 11 gegossen ist, kann das Steigrohr 13 leicht durch Drehen entfernt werden, und die Oberfläche 14, an welcher das Steigrohr flach bearbeitet worden ist, so dass die Bearbeitung einfach ist. Ferner ist es möglich, Gießfehler komplett zu entfernen, und Oxideinschlüsse nur durch Entfernen des Steigrohres 13.
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Ein integrierter Kolben 9 wird ausgebildet durch Verbinden des Körpers 21 mit den entfernten Steigrohren 13 und 22 und der Bodenoberseite 11, wobei die Bodenoberseite 11 entgegengesetzt zum Gießen umgedreht wird und mit dem Körper 21 verbunden wird. Daher sind die Oberseite 23 des flach bearbeiteten Körpers (an welcher das Steigrohr war) und der Boden 14 der bearbeiteten flachen Bodenoberseite (auf welcher das Steigrohr war) miteinander verbunden, um hierdurch einen integrierten Kolben zu bilden.
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Der Körper 21 und die Bodenoberseite 11, die separat gegossen sind, können verbunden werden, zum Beispiel durch Löten oder Reibschweißen. Der Körper 21 und die Bodenoberseite 11 sind aus einer Aluminiumlegierung durch separates Gießen hergestellt und dann werden die Verbindungsseite (Oberfläche) 23 des bearbeiteten flachen Körpers und die Verbindungsseite (Boden) der Bodenoberseite 11 miteinander durch Löten oder Reibschweißen verbunden.
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Übliches Löten, eine Art des Schweißens, wird bei einer Temperatur von 450°C oder mehr durchgeführt oder bei einer Temperatur eines Schmelzpunktes oder weniger, unter Verwendung von Schutzgas, Induktionsheizung, oder infraroten Strahlen, und führt zu einer hohen Verbindungsfestigkeit und einer exzellenten äußeren Erscheinung, ohne Deformationen oder Beschädigungen des Basismaterials oder Eigenspannungen.
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Der Körper 21 und die Bodenoberfläche 11 werden zumindest auf 450 °C oder mehr zum Löten aufgeheizt gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei, wenn die Temperatur auf die Lösungstemperatur des Materials eingestellt wird (im Allgemeinen eingestellt auf die Rekristallisationstemperatur oder mehr und die Schmelzpunkttemperatur oder weniger), z. B. bei 500 °C, und das Löten durchgeführt wird, kann das Lösungsglühen zur Verbesserung der Festigkeit des Kolbenmaterials durchgeführt werden mittels eines integrierten Prozesses während des Verbindungsprozesses und ein separates Lösungsglühen kann entfallen, so dass das gesamte Verfahren reduziert ist.
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Nachdem der Körper 21 und die Bodenoberfläche 11 miteinander verbunden sind, wie im Obigen beschrieben, wird die Form der Schale 12 gänzlich durch eine Nachbearbeitung fertiggestellt und dann wird der Kolben 9 fertiggestellt durch Ausbildung einer Kolbenringnut 27 oder eines Schmierlochs 26.
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Daher, da der Körper und die Bodenoberfläche separat gegossen und dann miteinander verbunden werden gemäß der vorliegenden Erfindung, ist es möglich, einen Kolben ohne einen Materialfehler aufgrund einer Oxidationsschicht herzustellen. Insbesondere ist es möglich, effektiv Gießfehler zu vermeiden, auch wenn die Form der Schale kompliziert ist für eine Optimierung des Brennraums und ein zusätzlicher hoch-technologischer Prozess zum Entfernen des Bereiches mit einem Gießfehler kann entfallen, und daher ist es möglich, die Produktivität sicherzustellen und die Prozesskosten und die Herstellungskosten zu reduzieren.
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Ferner, da es möglich ist, simultan das Lösungsglühen zur Verbesserung der Festigkeit des Kolbens und das Löten zum Verbinden des Körpers und der Bodenoberseite in einem integrierten Prozess durchzuführen, kann ein separates Lösungsglühen entfallen und der gesamte Prozess kann vereinfacht werden.
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6 zeigt eine Ansicht von Verfahrensschritten, um ein Verfahren zur Herstellung eines Kolbens gemäß exemplarischen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu veranschaulichen; und die zweite exemplarische Ausführungsform ist vergleichbar oder im Wesentlichen dieselbe wie die erste exemplarische Ausführungsform zum Herstellen des integrierten Kolbens 9 durch separates Gießen des Körpers 21 und der Bodenoberseite 11 und diese dann miteinander zu verbinden.
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Im Unterschied zu der ersten Ausführungsform hat die Bodenoberseite 11 in der zweiten Ausführungsform eine oberste Kolbenringnut 15, bei der der Körper 21 aus einer Aluminiumlegierung durch Gießen und die Bodenoberseite 11 aus Gusseisen hergestellt sein kann.
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Bei einem Hochleistungsmotor erfordert eine oberste Kolbenringnut eine hohe Abrasionsresistenz, um Abrasionen der obersten Kolbenringnut aufgrund von vertikalen Vibrationen des obersten Ringes zu verhindern. Entsprechend, wenn ein Kolben aus einer Aluminiumlegierung gegossen wird, wird ein Gießeinsatz verwendet, der separat eine oberste Kolbenringnut (Gusseiseneinsatz oder Ringträger) aus Gusseisen gießt, die dann in eine Gießform eingesetzt wird.
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7 ist eine Querschnittsansicht, die einen Kolben versehen mit einer Gusseiseneinlage zeigt, bei welcher eine Gusseiseneinlage 27a separat hergestellt aus Gusseisen in einer obersten Kolbenringnut eingesetzt ist. Allerdings, wenn die Gusseiseneinlage 27a verwendet wird, wird eine Oxidationsschicht auf der Kontaktoberfläche der Einlage erzeugt, wenn flüssiges Metall oder metallisches Material (Aluminiumlegierung – flüssiges Metall), welches in eine Gießform eingegossen wird, mit der Gusseiseneinlage, die in der Gießform fixiert ist, in Kontakt kommt, und entsprechend wird eine weitere Oxidationsschicht auf der Brennraumoberfläche der Bodenoberseite 11 erzeugt.
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Daher, in der zweiten exemplarischen Ausführungsform, ist die oberste Kolbenringnut 14 integral in der Bodenoberseite 11 ausgebildet, die aus Gusseisen durch Gießen hergestellt ist, um die Funktion einer Gusseiseneinlage (Ringträger) auszuüben. Dabei versteht es sich, dass solche integralen Komponenten monolithisch ausgebildet sein können. In diesem Fall, da ein separates Einlagengießen nicht erforderlich ist, kann das Verfahren zur Herstellung eines Kolbens reduziert und vereinfacht werden und Oxidationsschichtfehler an der Oberseite des Brennraums aufgrund des Gusseiseneinsatzes können verhindert werden.
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Im Hinblick auf eine Übereinkunft bei der Erklärung und der präzisen Definition in den angefügten Ansprüchen, werden die Begriffe „oben“ oder „Boden“ und dgl. verwendet, um Eigenschaften der exemplarischen Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Positionen dieser Eigenschaften, wie sie in den Figuren dargestellt sind, zu beschreiben.
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Die vorangegangenen Beschreibungen der spezifischen exemplarischen Ausführungsformen der gegenwärtigen Erfindung wurden für Zwecke der Veranschaulichung und der Beschreibung vorgestellt. Sie beabsichtigen nicht, die Erfindung auf die präzisen offenbarten Formen einzugrenzen oder zu limitieren, und offensichtlich sind viele Modifikationen und Variationen im Lichte der oben genannten Lehre möglich. Die exemplarischen Ausführungsformen wurden gewählt und beschrieben, um verschiedene Grundsätze der Erfindung zu erläutern und deren praktische Anwendung, um hierdurch zu ermöglichen, die verschiedenen exemplarischen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung herzustellen und zu gebrauchen wie auch verschiedene Alternativen und Modifikationen davon. Es ist beabsichtigt, dass der Schutzbereich der Erfindung durch die anliegenden Ansprüche und ihre Äquivalente definiert ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- KR 10-2004-0041308 [0009]
- KR 10-2009-00641171 [0009]
- KR 10-0946484 [0009]
- KR 10-2002-0024678 [0009]
- KR 10-1009962 [0009]
