DE102013211953A1

DE102013211953A1 - Besondere Anordnung einer Kühlkanalverbindungsbohrung eines Kühlkanales

Info

Publication number: DE102013211953A1
Application number: DE102013211953.4A
Authority: DE
Inventors: Michael Albert Janssen; Wolfgang Köhler; Gerhard Luz; Franz Ratzky
Original assignee: KS Kolbenschmidt GmbH
Current assignee: KS Kolbenschmidt GmbH
Priority date: 2012-06-27
Filing date: 2013-06-24
Publication date: 2014-01-02
Also published as: WO2014001256A1; US20150159584A1; EP2867509A1; US10221807B2; CN104603436A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kühlkanalkolbens (1) für eine Brennkraftmaschine mit den folgenden Schritten, – Herstellung eines Kolbenoberteils (6) unter Einbringung einer Verbrennungsmulde, eines Kühlraumes (4) eines Teiles eines Kühlkanals (2) sowie Übertrittskanälen (5), – Herstellung eines Kolbenunterteils (7) unter Einbringung eines Teiles eines Kühlkanals, – Fügen der Kolbenteile, wobei– mindestens ein Übergangskanal durch Bohren erzeugt wird. Weiterhin wird ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellter Kühlkanalkolben beansprucht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kühlkanalkolbens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie einen danach hergestellten Kühlkanalkolben einer Brennkraftmaschine.
Kühlkanalkolben für Brennkraftmaschinen sind grundsätzlich im Stand der Technik bekannt. Diese weisen einen hinter einem Ringfeld angeordneten radial umlaufenden Kühlkanal auf, in dem ein Kühlmedium, insbesondere Motoröl zirkuliert. Dieses Kühlmedium wird über zumindest eine Zulauföffnung in den Kühlkanal eingebracht, insbesondere eingespritzt, zirkuliert danach in dem Kühlkanal und tritt an zumindest einer Austrittsöffnung wieder aus, um die Wärme im Kolbenboden des Kühlkanales abzuführen. innerhalb des Kühlkanales ist um die Kolbenachse herum ein weiterer Kühlraum, oftmals unterhalb einer Brennraummulde, vorhanden. Ein solcher Kühlkanalkolben ist beispielsweise aus der DE 10 2007 018 932 A1 bekannt.
Bei diesem bekannten Kühlkanalkolben wird zunächst ein Oberteil und ein Unterteil hergestellt, damit diese beiden Teile hinsichtlich ihrer konstruktiven Merkmale und auch unter verfahrenstechnischen Aspekten optimal hergestellt, das heißt geformt werden können. Nach der Herstellung der beiden Teile werden diese zusammengefügt, wobei besonders vorteilhaft ein Reibschweißverfahren angewandt wird.
Im Stand der Technik ist es bekannt, dass der Kühlkanalkolben der DE 10 2007 018 932 A1 einen äußeren umlaufenden ringförmigen Kühlkanal und, in etwa unterhalb einer Brennraummulde, einen domförmigen Kühlraum aufweist. Mit dieser Konstruktion ist es beispielsweise möglich, dass von einer Einspritzdüse über eine Eintrittsöffnung ein Kühlmedium in den äußeren ringförmig radial laufenden Kühlkanal eingespritzt wird, dort zirkuliert und über zumindest eine, vorzugsweise mehrere Übertrittsöffnungen in den innenliegenden Kühlraum gelangt. Von dort aus kann das Kühlmedium über eine zentrale Bohrung, durch welche die Kolbenhubachse verläuft, aus dem zentralen Kühlraum austreten, um die Wärme im Kolbenboden (das heißt der hinter dem Ringfeld liegende Bereich) abzuführen. Ein Zirkulationsfluss in der entgegengesetzten Richtung ist selbstverständlich auch möglich.
Bevor die beiden Teile hergestellt werden, ist es erforderlich, die zumindest eine Übertrittsbohrung ausgehend von dem inneren Kühlraum in Richtung des außenliegenden Kühlkanales einzubringen. Hierzu ist es erforderlich, dass die Kontur des inneren Kühlkanales (beziehungsweise Kühlraumes) nach konstanter Wandstärke hin zur Brennraummulde ausgelegt wird. Daher konnten in einem beliebigen Winkel zur Achse der Übertrittsbohrung diese Bohrungen dadurch eingebracht werden, dass zuerst mit einem Fräser das Material an der Stelle, an der die Bohrung eingebracht werden soll, angesenkt wird und anschließend nach einem Werkzeugwechsel die Übertrittsbohrung gebohrt wird. Dieser Herstellungsschritt ist jedoch aufwendig, da zwei Werkzeuge eingesetzt werden müssen, so dass zwei nacheinander folgende Herstellungsschritte und 1 oder ein Werkzeugwechsel erforderlich ist, der insbesondere bei der Serienproduktion solcher Kühlkanalkolben von Nachteil ist. Das Ansenken des Materials in dem Bereich, in dem die Übertrittsbohrung eingebracht werden soll, ist erforderlich, da im Stand der Technik (2 der DE 10 2007 018 932 A1 ) die Achse der Übertrittsbohrung nicht im rechten Winkel zu der entsprechenden Wandung des Kühlraumes ausgerichtet ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Herstellverfahren für Übertrittsbohrungen in Kühlkanalkolben zu verbessern, insbesondere im Hinblick auf reduzierte Herstellkosten.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Kontur der inneren Oberfläche des innenliegenden Kühlkanales beziehungsweise Kühlraumes so gestaltet wird, dass im Querschnitt der Eintrittswinkel der Übertrittsöffnung zwischen 85° und 95°, vorzugsweise zwischen 87° und 93°, weiter vorzugsweise zwischen 89° und 91°, schließlich vorzugsweise genau 90° beträgt. Somit wird ein Verlaufen des Bohrers zwecks Einbringung der Übertrittsbohrung vermieden und vor allen Dingen der bisher vorher notwendige Arbeitsgang des Ansenkens kann entfallen. Dadurch reduzieren sich die Prozessschritte und die Prozesszeit, woraus geringere Herstellkosten resultieren.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Figur näher erläutert. Sie zeigt eine Schnittansicht eines Kühlkanalkolbens mit erfindungsgemäßen Übertrittsbohrungen.
In der nachfolgenden Figurenbeschreibung beziehen sich Begriffe wie oben, unten, links, rechts, vorne, hinten usw. ausschließlich auf die in der Figur gewählten beispielhaften Darstellung und Position der Vorrichtung und anderer Teile. Diese Begriffe sind nicht einschränkend zu verstehen, das heißt. durch verschiedene Arbeitsstellungen und/oder spiegelsymmetrische Auslegung oder dergleichen können sich diese Bezüge ändern.
Die Figur zeigt eine Schnittansicht eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Kühlkanalkolbens 1. Der Kühlkanalkolben 1 weist einen radial umlaufenden Kühlkanal 2 auf. Unterhalb der Verbrennungsmulde 3 ist ein Kühlraum 4 angeordnet, der mit einem Kühlmedium, regelmäßig Motoröl, gefüllt werden kann. Zwischen dem Kühlkanal 2 und dem Kühlraum 4 sind Übertrittskanäle 5, ausgeführt insbesondere als Bohrungen, vorgesehen. Durch diese Übertrittskanäle kann das Kühlmedium von dem Kühlkanal in den Hohlraum gelangen und vice versa. Der Kühlkanalkolben 1 wird aus einem Kolbenoberteil 6 und einem Kolbenunterteil 7 zusammengefügt. Eine Fügenaht 8 bildet die Kontaktstelle zwischen dem Kolbenoberteil 6 und dem Kolbenunterteil 7. Am Umfang weist der Kühlkanalkolben 1 Ringnuten 9 zur Aufnahme von hier nicht dargestellten Kolbenringen auf. Die Kontur der inneren Oberfläche des innenliegenden Kühlkanales 2 beziehungsweise Kühlraumes 4 ist so gestaltet, dass im Querschnitt der Eintrittswinkel α des Übertrittsöffnung 5 zwischen 85° und 95°, vorzugsweise zwischen 87° und 93°, weiter vorzugsweise zwischen 89° und 91°, schließlich vorzugsweise genau 90° beträgt.
Bezugszeichenliste

1: Kühlkanalkolben
2: Kühlkanal
3: Verbrennungsmulde
4: Kühlraum
5: Übertrittskanal
6: Kolbenoberteil
7: Kolbenunterteil
8: Fügenaht
9: Ringnuten
α: Eintrittswinkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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.
Zitierte Patentliteratur

DE 102007018932 A1 [0002, 0004, 0005]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Kühlkanalkolbens (1) für eine Brennkraftmaschine mit den folgenden Schritten, – Herstellung eines Kolbenoberteils (6) unter Einbringung einer Verbrennungsmulde, eines Kühlraumes (4) eines Teiles eines Kühlkanals (2) sowie Übertrittskanälen (5), – Herstellung eines Kolbenunterteils (7) unter Einbringung eines Teiles eines Kühlkanals, – Fügen der Kolbenteile, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Übergangskanal durch Bohren erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur der inneren Oberfläche des innenliegenden Kühlkanales (2) beziehungsweise Kühlraumes (4) so gestaltet wird, dass im Querschnitt der Eintrittswinkel α der Übertrittsöffnung (5) zwischen 85° und 95°, vorzugsweise zwischen 87° und 93°, weiter vorzugsweise zwischen 89° und 91°, schließlich vorzugsweise genau 90° beträgt.
Kühlkanalkolben einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanalkolben gemäß einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt ist.