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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kolben für Brennkraftmaschinen sowie einen nach diesem Verfahren hergestellten Kolben, gemäß den Merkmalen des jeweiligen Oberbegriffes der unabhängigen Patentansprüche.
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Die
DE 10 2010 052 579 A1 betrifft einen Kolben für eine Brennkraftmaschine, mit einem Kolbenoberteil und einem Kolbenunterteil, welche aus unterschiedlichen Materialien bestehen, wobei zumindest eines der Kolbenteile als Gussbauteils ausgebildet ist, wobei das zumindest eine als Gussbauteil ausgebildete Kolbenteil an das andere Kolbenteil angegossen ist. Das Angießen eines Kolbenteils an ein anderes Kolbenteil ist sehr aufwendig und kostenintensiv, da eine genaue Positionierung des zu umgießenden Kolbenteils in der Gießform erfolgen muss.
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Die
DE 102 97 060 T5 offenbart einen geschmiedeten Kolben für einen Verbrennungsmotor aus einer Aluminium-Silicium-Legierung sowie ein Verfahren zum Herstellen des Kolbens.
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Die
DE 85 01 763 U1 betrifft einen einteiligen geschmiedeten Kolben für einen Verbrennungsmotor mit Kolbenkrone und Kolbenschaft, wobei die Kolbenkrone zumindest einen Feuersteg sowie einen umlaufenden Kragen aufweist, der den Kolbenschaft umgibt, wobei der Kolbenschaft aus zwei Pendelschaftohren besteht.
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Die
DE 38 11 200 A1 betrifft einen Kolbenrohling für einen geschmiedeten Kolben für einen Verbrennungsmotor mit Kolbenkrone mit Wärmedrosselringspalt und an die Kolbenkrone unterseitig angeformten Pendelschaftohren, die aus einem kronenseitigen Teilstück und einem Pendelschaftaugenteilstück bestehen und im Pendelschaftaugenteilstück Pendelschaftaugen für die Aufnahme eines Pendelschaftbolzens aufweisen. Die Pendelschaftaugenteilstücke der Pendelschaftohren weisen im oberen Bereich der Pendelschaftaugen eine größere Wanddicke auf als die kronenseitigen Teilstücke. Die kronenseitigen Teilstücke schließen an die Pendelschaftaugenteilstücke über eine Hinterschneidung an.
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Die
DE 1 525 895 A bezieht sich auf geschmiedete einteilige Motorkolben mit einem langen Ölkanal und einer einzigen Schweißung und auf das Verfahren zum Herstellen derselben.
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Bisher wurden Gesenkschmieden zur Herstellung des Kolbenunterteils und des Kolbenoberteils eingesetzt. Gesenkschmieden sind aufwändige, unflexible und teure Werkzeuge. Jede Formänderung am Kolbenunterteil bzw. Kolbenoberteil erfordert einen Werkzeugneubau.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Gestaltungsfreiheit und Materialauswahl für Kolben zu erhöhen bei einer Reduktion der Fertigungskosten für Kolben. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und einen Kolben mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
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Erfindungsgemäß wird vorzugsweise ein Schmiedeunterteil eines Kolbens durch ein mindestens teilweise im insbesondere horizontalen Lost-Form-Gussverfahren hergestellten Gussunterteil ersetzt. Dieses Gussunterteil kann mit einem Schmiedeoberteil eines Kolbens zu einem Kolben zusammengefügt werden. Eine Herstellung des Kolbenoberteiles im Gussverfahren ist ebenfalls denkbar. Durch die Herstellung eines Kolbenunterteils, zumindest teilweise, im horizontalen Lost-Form-Guss erhöht sich die Flexibilität für die Gestaltung, Materialauswahl und Designänderungen für das erfindungsgemäße Kolbenunterteil. Weiterhin wird eine Kostenreduktion für Stahlkolben zum Einsatz in HD- und HSDI-Motoren erzielt. Bevorzugt werden mehrere Kolbenunterteile in einem Urformvorgang bei geringer Taktzeit hergestellt.
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Erfindungsgemäß wird zur Durchführung des Verfahrens das Gussteil, insbesondere ein Kolbenunterteil horizontal im Bezug auf die Kolbenachse angeordnet. Der Anschnitt erfolgt seitlich am Umfang des Kolbens bzw. des Kolbenunterteiles. Die Befüllung der Gusswege erfolgt vertikal. Auch die Trennung der Gussformen erfolgt vertikal. Der Guss erfolgt im Lost-Form-Guss oder im Kokillen-Guss. Das zuvor beschriebene Verfahren ist nicht auf Kolbenunterteile beschränkt sondern kann auf jegliche Bauteile, auch auf das Kolbenoberteil angewendet werden. Bevorzugt wird mehr als ein Gussteil, mindestens zwei Gussteile, in einem Guss gefertigt.
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Vergossen werden Metalle, bevorzugt Eisenwerkstoffe. Auch die Verwendung von Aluminiumlegierungen ist denkbar.
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Als Vorteile ergeben sich eine Kostenreduktion beim Fertigteil, bei der Entwicklung und kurze Prototypenzeiten.
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Weiterhin kann durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Kolbens für Brennkraftmaschinen bzw. Verbrennungsmotoren eine belastungsgerechte Materialauswahl für Kolbenunterteil, Kolbenoberteil bzw. für den gesamten Kolben erfolgen.
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Unter Lost-Form-Gussverfahren werden im Sinne dieser Schrift Verfahren verstanden, bei denen sogenannte Verlorene Formen Verwendung finden.
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Verlorene Formen gliedern sich in Dauermodelle und Verlorene Modelle. Ein Verfahren bei dem verlorene Modelle zum Einsatz kommen ist das Lost-Foam-Verfahren. Das Lost-Foam-Verfahren wird auch als Lost Foam Gießverfahren (LFGV) bezeichnet.
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Lost Foam ist ein Gießverfahren, welches geeignet für die Herstellung komplexer Bauteilgeometrien von Kolben oder Kolbenteilen aus einem Guss. Kennzeichnend für das Verfahren ist die Verwendung „verlorener” Modelle aus organischen Schaumstoffen. Die Schaumstoff-Modelle werden unter Vibrationsverdichtung in einen binderfreien Formstoff eingebettet. Beim Abguss wird das Schaumstoff-Modell dann von der Schmelze des Gießwerkstoffes thermisch zersetzt, wobei die Schmelze gleichzeitig den entstehenden Hohlraum ausfüllt. Dabei entsteht ein exaktes Abbild des Schaumstoff-Modells als metallischer Abguss. Die durch das Lost-Foam-Verfahren hergestellten Kolben oder Kolbenteile zeichnen sich neben der möglichen geometrischen Komplexität durch eine hervorragende Oberfläche und Maßhaltigkeit aus.
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Die verwendeten Modelle aus Polystyrolschäumen werden in einem Gießbehälter in Formsand eingebettet und durch zugeführtes, flüssiges Metall zersetzt. Der entstehende Formhohlraum wird durch die Metallschmelze ausgefüllt, wobei die Geometrie des Modells exakt nachgebildet wird.
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Als Rohmaterial für die verlorenen Modelle aus Schaumstoffen dient beispielsweise Expandiertes Polystyrol (EPS), Expandiertes Polymethylmethacrylat (EPMMA) oder ein Copolymer. Die Herstellung von Modellsegmenten besteht aus drei Verfahrensschritten. Beim Vorschäumen werden Rohpartikel durch Zuführung thermischer Energie expandiert, was mit Hilfe von eingelagertem Treibmittels, beispielsweise Pentan realisiert wird. Beim anschließenden Konditionieren werden die Partikel zur Stabilisierung einem Ausgleichsprozess mit der Umgebungsluft unterzogen. Als letzter Verfahrensschritt schließt sich das Fertigsschäumen an. Die vorgeschäumten und konditionierten EPS-Kügelchen werden in die geteilte Form eines Schaumwerkzeugs gebracht und nachfolgend mit thermischer Energie beaufschlagt, wodurch die Formgebung zum fertigen Modellsegment hervorgerufen wird. Ein Modellsegment kann einen Teilbereich eines Kolbens oder Kolbenteiles wiedergeben. Beispielsweise den Schaft, die Ausformung für die spätere Verbrennungsraummulde, den Kühlkanal, den Kühlraum oder die Ringpartie.
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Für das anschließende Fügen von Modellsegmenten zu einem Kolben- oder Kolbenteilmodell eignen sich beispielsweise das Zusammenstecken, das Kleben und das Heizelementschweißen. Diese Kolben- oder Kolbenteilmodelle bilden die verlorenen Modelle zur Verwendung beim Lost-Foam-Verfahren.
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Mehrere Kolben- oder Kolbenteilmodelle können zu Modelltrauben zusammengefügt werden.
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Beim darauffolgenden Schlichten der Modelltrauben werden die zusammengefügten Gusstrauben mit Schlichte, einem dünnen feuerfesten Überzug, beschichtet. Die Schlichte besteht aus einer wässrigen Suspension von keramischen Partikeln, sie muss im Lost-Foam-Verfahren verschiedenste Anforderungen und Aufgaben erfüllen. Die Schlichte dient der Stabilisierung des Kolben- oder Kolbenteilmodells bzw. der Modelltraube bestehend aus verbundenen Kolben- oder Kolbenteilmodellen während des Einformprozesses in bindemittelfreiem Quarzsand, da während des Abgießens ein Polster aus Gas und Kunststoffschmelze zwischen Modell und Metallschmelze entsteht, würde ohne die Schlichte als Barriere der bindemittelfreie Quarzsand unweigerlich einbrechen, und das Gussstück unbrauchbar machen. Ferner beeinflusst die Schlichte durch ihre Gasdurchlässigkeit die Abfuhr der entstehenden Gase und Flüssigkeiten in den umliegenden bindemittelfreien Quarzsand und bestimmt somit den Druck, der sich in dem Gaspolster zwischen dem Kolben- oder Kolbenteilmodells bzw. der Modelltraube bestehend aus verbundenen Kolben- oder Kolbenteilmodellen und Metallschmelze aufbauen kann. Die Schlichte steuert daher in entscheidendem Maße die Geschwindigkeit der Formfüllung und nimmt damit unmittelbaren Einfluss auf das Gießergebnis.
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Nach dem Trocknen der Kolben- oder Kolbenteilmodelle bzw. der Modelltrauben bestehend aus verbundenen Kolben- oder Kolbenteilmodellen werden sie in einen Gießbehälter eingesetzt und mit bindemittelfreiem Sand umhüllt und darin eingeformt. Durch Anlegen von Vibration wird der Sand fluidisiert, läuft in die Hohlräume und Hinterschnitte der Modelle und wird verdichtet.
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Bei dem sich anschließenden Gießen der Kolben- oder Kolbenteilmodelle bzw. der Modelltraube bestehend aus verbundenen Kolben- oder Kolbenteilmodellen wird das vorliegende Schaumstoffmodell exakt in Metall abgebildet. Die Metallschmelze wird dazu nach dem Schwerkraftguss zum Fertigteil in die Gießform gegossen. Das Schaumstoffmaterial wird durch die hohe Temperatur der Schmelze zersetzt und tritt über die Schlichteschicht in den das Model umgebenden bindemittelfreien Sand ein. Die entstehenden Gase können über ein am Behälter installiertes Absaugsystem direkt einer Filteranlage zugeführt werden. Nach dem Erstarren der Schmelze kann der Sand durch einfaches Entleeren des Formbehälters von der Gusstraube getrennt werden. Dieser Vorgang wird als Entformen bezeichnet. Da der Sand keinerlei Binder enthält, rieselt er beispielsweise aus Bohrungen und Kühlkanälen ohne weitere Hilfe direkt heraus. Die Putz- und Strahlarbeit beim Lost-Foam-Verfahren ist sehr gering. Da die Form nicht geteilt ist, entsteht beim Abgießen kein Grat.
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Das Lost-Foam-Verfahren ermöglicht die Herstellung von Kolben oder Kolbenteilen mit komplexen Gussteilgeometrien in höchster Qualität. Das Lost-Foam-Verfahren ermöglicht die Fertigung von Kolben oder Kolbenteilen mit hoher Maßhaltigkeit und geringen Toleranzen. Durch den Einsatz des Lost-Foam-Verfahrens wird die Herstellung von dünnwandigen, filigranen Kolbengussteilen ermöglicht. Dies kann zu geringeren Massen für den fertigen Kolben führen. Durch das Lost-Foam-Verfahren kann auf die Nacharbeit verzichtet werden, da es kernlos und ohne Grate arbeitet. Daher besteht fast kein Nachputzaufwand. Dies führt zu einer hohen Oberflächenqualität der im Lost-Foam-Verfahren hergestellten Kolben oder Kolbenteile. Das Lost-Foam-Verfahren ist umweltfreundlich, da es ein energieeffizienter Gießprozess mit geringen Emissionen und geschlossenem Formstoffkreislauf ist. Das Lost-Foam-Verfahren ist ein wirtschaftlich leistungsfähiges Gießverfahren für Kolben- oder Kolbenteilprototypen und Kolben- oder Kolbenteil-Seriengussteile.
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Die Herstellung von Kolben oder Kolbenbauteilen nach dem Lost-Foam-Verfahren gliedert sich in die folgenden Verfahrensschritte:
- 1 Modellherstellung
- 1a Vorschäumen
- 1b Fertigschäumen
- 2 Modellmontage
- 3 Schlichten
- 4 Einformen und Gießen
- 5 Entnahme der Kolben oder Kolbenteile
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Verfahren bei dem Dauermodelle zum Einsatzkommen sind beispielsweise Sandgießverfahren. Auch im Sandgießverfahren können Kolben oder Kolbenteile hergestellt werden.
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Nach dem jeweils verwendeten Binder werden beim Sandgießverfahren die Verfahrensvarianten unterschieden. Zum Einsatz kommen Ton (Bentonit) zusammen mit Wasser oder organische Harze, beispielsweise Polyurethan oder Furanharz. Ergänzend finden weitere anorganische Bindersysteme Verwendung. Als Formgrundstoff wird, abgesehen von Ausnahmen, Quarzsand eingesetzt.
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Als Grunsandverfahren wird das Gießverfahren bezeichnet, bei dem Bentonit als Binder Verwendung findet. Verlorene Formen werden erzeugt, indem der Formsand (tonmineralumhüllter Quarzsand) auf eine Modellplatte in einem Kasten oder auch kastenlos aufgebracht und anschließend verdichtet wird. Die Verdichtung des Formsandes kann manuell (Handformguss) oder maschinell (Maschinenformguss) erfolgen. Durch das Zusammenlegen der Formhälften wird der Hohlraum erzeugt, in den das Metall eingegossen werden kann.
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Als Alternative zum tongebundenen Formsand kann auch mit kunstharzgebundenem Sand gearbeitet werden. Die abgießfähige Festigkeit des Formsandes wird dabei Ober eine chemische Reaktion erzielt.
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Eine weitere Möglichkeit Sandformen herzustellen besteht darin, dass mehrere kunstharzgebundene Sandkerne hergestellt und zu einem Paket zusammengebaut werden. In dem Fall wird vom Kernpaket- oder Kernblockverfahren gesprochen. Die Herstellung von Sandkernen wird nachfolgend beschrieben.
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Mit Hilfe von in die Form eingelegten Kernen lassen sich Hohlräume, wie beispielsweise Kühlkanäle, Durchbrüche und Hinterschneidungen in Kolben oder Kolbenteilen gießtechnisch erzeugen. Kerne kommen nur zum Einsatz, wenn dies aus Formgebungsgründen erforderlich ist. Eine sichere Positionierung der Kerne in der Form ist erforderlich.
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Als Formgrundstoff wird bevorzugt Quarzsand verwendet. Anorganische Verfahren zeichnen sich durch eine geringere Arbeitsplatz und Umweltbelastung aus. Daneben können sich weitere technische Vorteile wie eine geringere Gasentwicklung beim Abguss ergeben. Thermisch aushärtende anorganische Verfahren zur Herstellung von Kernen zur Produktion von Kolben oder Kolbenteilen erfordern teilweise alternative Formstoffe (synthetische Sande), zur Erzielung optimaler Oberflächenguten. In Verbindung mit Kernen bieten die Sandgießverfahren sehr weitreichende Konstruktionsmöglichkeiten. Im Hinblick auf die Stückzahlen reicht die Bandbreite von der Einzelstückfertigung bis zu Serien in größter Stückzahl.
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Über den Grad der Mechanisierung des Formverfahrens sowie über die Güteklasse der Modelle kann die Maßgenauigkeit der Gussstücke gesteuert werden. Durch die Verwendung besonders feiner Formsande oder spezieller Schlichten lässt sich eine hohe Oberflächengüte erzielen.
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Bedingt durch die geringere Erstarrungsgeschwindigkeit im Sandguss, lassen sich im Vergleich zum Kokillenguss nicht ganz so hohe Festigkeitswerte erreichen. Durch den lokalen Einsatz von Kühlkörpern oder Eingießteilen können gezielt hohe Festigkeitswerte in bestimmten Bereichen des Kolbens oder des Kolbenteils erzielt werden. Diese Kühlkörper werden gezielt in Bereichen positioniert, in denen höhere Anforderungen an die mechanischen Eigenschaften des Kolbens oder Kolbenteils gestellt werden. Alternativ zur Schwerkraftfüllung können durch eine Formfüllung mit Niederdruckanwendung höhere Festigkeiten unter zyklischer Beanspruchung erzielt werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung erfolgt die Herstellung des Kolbens oder mindestens eines Kolbenteiles im Kokillengießverfahren. Kokillengießverfahren beruhen auf Dauerformen.
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Eine Variante ist das Schwerkraft-Kokillengießverfahren, mit ihm lassen sich maßgenaue Gussstücke mit guter Oberflächenbeschaffenheit herstellen. Die relativ schnelle Erstarrung beim Kokillengießverfahren ergibt günstige mechanische Werkstoffkennwerte. Die Formen (Kokillen) werden aus Stählen, beispielsweise aus Warmarbeitsstählen oder aus Gusseisen mit Lamellengraphit gefertigt. Bei einer sogenannten Vollkokille besteht die gesamte Kokille aus Metall. Bei einer Halbkokille bestehen das Unterteil aus einer Kokille und das Oberteil aus einer Sandform.
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Kokillengussstücke sind wie auch Sandgussstücke uneingeschränkt wärmebehandlungsfähig, schweißgeeignet und dekorativ anodisch oxidierbar, wenn die hierfür geeigneten Legierungen gewählt werden.
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Beim Standard-Kokillengießverfahren erfolgt die Formfüllung mittels Schwerkraft und überwiegend im steigenden Guss, das heißt die Schmelze wird durch einen Einguss gefüllt, fließt dann über einen Lauf, der unterhalb und gegebenenfalls seitlich des eigentlichen Gussstücks angeordnet ist, über den Anschnitt oder die Anschnitte in den Formhohlraum. Damit wird die Form von unten nach oben steigend gefüllt.
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Zur Optimierung des Füllprozesses wurden alternativ zum Standard-Kokillengießverfahren weitere Verfahrensvarianten entwickelt. Bei einer Variante wird die Form über eine Drehbewegung um die Kokillenlängsachse gefüllt. Diese Variante wird als Kippkokillenguss bezeichnet. Von der Gussteilgeometrie abhängig erfolgt die Füllung direkt durch sogenannte Einlaufspeiser oder durch seitlich angeordnete Gießläufe. Schädliche Turbulenzen werden durch die Neigung der Form zu Beginn der Formfüllung vermieden. Die gelenkte Erstarrung wird parallel gefördert, da in der Regel durch jene gießtechnischen Elemente gefüllt wird, aus denen während der Erstarrung die Sättigung (Speisung) erfolgt. Mit dem Kippkokillenguss wird eine Verbesserung der Gussteilqualität erzielt, da weniger füllbedingte Einschlüsse und Poren im Gussteil, beispielsweise einem Kolben oder Kolbenteil vorliegen.
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Eine weitere Variante des Kokillengießverfahrens stellt das Niederdruck-Kokillengießverfahren dar. Während bei den zuvor beschriebenen Kokillengießverfahren die Formfüllung mittels Schwerkraft erfolgt, geschieht dies beim Niederdruck-Kokillengießverfahren durch einen geringen Überdruck von circa 0,3 bis 0,7 bar. Hierzu wird ein druckdichter Gießofen über ein Steigrohr mit der darüber angeordneten Kokille verbunden. Durch eine Erhöhung des Drucks steigt der Metallspiegel durch das Steigrohr von unten in den Formhohlraum. Somit wird eine ruhige Formfüllung und bei geeigneter Gussstückgestalt eine gute Speisung gewährleistet. Vorteilhaft sind die mit dem Niederdruck-Kokillengießverfahren verbundene ruhige Metallzuführung und der geringe Kreislaufanteil. Bei entsprechenden Gussstücken und Seriengrößen ist auch das Niederdruck-Kokillengießverfahren weitgehend automatisierbar. Bevorzugt werden rotationssymmetrische Teile im Niederdruck-Kokillengießverfahren hergestellt, beispielsweise Kolben oder Kolbenteile.
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Eine weitere Variante des Kokillengießverfahrens stellt das Gegendruck-Kokillengießverfahren (auch CPC-Verfahren – Counter Pressure Casting) dar. Der wesentliche Unterschied zum Niederdruck-Kokillengießverfahren besteht in der druckdichten Ausführung der Kokille. Die Kokille wird vor der Formfüllung unter Druck gesetzt (ca. 4–5 bar) und dann über einen entsprechend höher liegenden Differenzdruck gefüllt. Der Vorteil des Verfahrens liegt darin, dass der Speisungsdruck gegenüber dem Niederdruck-Kokillengießverfahren erhöht ist, wodurch sich ein porenärmeres Gefüge und damit bessere mechanische Eigenschaften erzeugen lassen. Der verfahrenstechnische Aufwand ist jedoch höher und dementsprechend auch die Gussstückkosten.
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Bei mehrteiligen Kolben können alle in einem Gießverfahren hergestellten Kolbenteile mit einem in einem Schmiedeverfahren hergestellten Kolbenteil kraft-, form- und/oder stoffschlüssig gefügt werden. Zu den Gießverfahren zählen insbesondere auf verlorenen Formen basierende Gießverfahren sowie auf Dauerformen basierende Gießverfahren.
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Zu den auf verlorenen Formen (Lost-Form-Verfahren) basierenden gehören insbesondere die auf verlorenen Modellen basierenden Lost-Foam-Verfahren und Feinguss-Verfahren sowie die auf Dauermodellen basierenden Sandgussverfahren.
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Zu den auf Dauerformen basierenden Gießverfahren zählen insbesondere alle Varianten des Kokillengießverfahrens sowie alle Varianten des Druckgussverfahrens.
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Auch können Kolbenteile erzeugt mit verschiedenen Gießverfahren kraft-, form- und/oder stoffschlüssig miteinander zu einem Kolben für Brennkraftmaschinen gefügt werden.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen ein oder mehrteiliger Kolben aus Metall oder einer Metalllegierung für eine Brennkraftmaschine herzustellen, wobei der Kolben oder mindestens ein Kolbenteil in einem Gießverfahren basierend auf einer verlorenen Form oder in einem Gießverfahren basierend auf einer Dauerform hergestellt ist.
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Der Einsatz von Gießverfahren ermöglicht die flexible Reaktion auf Markt- bzw. Kundenanforderungen. Selbst Kleinserien können somit wirtschaftlich hergestellt werden. Änderungen in der Serie sind zeitnah und mit vertretbarem Aufwand möglich. Je nach Gießverfahren ist eine Losgröße eins möglich.
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Weiterhin ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass mindestens ein im Gießverfahren hergestelltes Kolbenteil mit mindestens einem in einem Schmiedeverfahren hergestellten Kolbenteil kraft-, form- und/oder stoffschlüssig gefügt ist.
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Bei der Kombination von im Gießverfahren hergestellten Kolbenteilen mit in Schmiedeverfahren hergestellten Kolbenbauteilen sind die Vorteile beider Verfahren für einen Kolben nutzbar. Ein Basisteil an dem wenige Änderungen innerhalb einer Serie zu erwarten sind kann beispielsweise im Schmiedeverfahren gefertigt werden.
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Weiterhin ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Kolben oder mindestens ein Kolbenteil im Lost-Form-Verfahren hergestellt ist.
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Lost-Form-Verfahren bieten eine hohe Fiexibilität bei der Gestaltung der Form. Sie bieten daher bei der Herstellung von Kolben für Kleinserien und Versuche große Vorteile.
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Weiterhin ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass er Kolben oder mindestens ein Kolbenteil im Kokillengießverfahren hergestellt ist.
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Kokillengißverfahren ermöglichen größere Stückzahlen mit einer hohen Präzision zu gießen.
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Weiterhin ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Lost-Form-Verfahren ein Lost-Foam-Verfahren ist.
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Das auf bevorzugt Polystyrolschäumen basierende Lost-Foam-Verfahren ermöglicht kostengünstig einzelne Kolben oder Kolbenteile anzufertigen.
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Weiterhin ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Lost-Form-Verfahren ein Sandgießverfahren ist.
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Auch Sandgießverfahren ermöglichen die Herstellung kleiner Stückzahlen bzw. die Herstellung von Kleinserien.
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Weiterhin ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein Gussunterteil mit einem Schmiedeoberteil kraft-, form- und/oder stoffschlüssig zusammengefügt ist.
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Weiterhin ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein Schmiedeunterteilunterteil mit einem Gussoberteil kraft-, form- und/oder stoffschlüssig zusammengefügt ist.
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Die Kombination von Schmiedeteilen und Gussteilen an Kolben ermöglicht, die Vorteile des jeweiligen Fertigungsverfahrens zu nutzen. Schmiedeverfahren eignen sich für die Kolbenteile die innerhalb einer Serie bevorzugt keiner Änderung unterliegen. Auch ist die Nachbearbeitung von Schmiedeteilen häufig aufwendiger.
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Weiterhin ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Kolben oder ein Kolbenteil, insbesondere das Gussunterteil oder das Gussoberteil, mindestens teilweise im horizontalen Lost-Form-Gussverfahren hergestellt ist.
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Der Einsatz des horizontalen Lost-Form-Gussverfahrens bietet Vorteile aufgrund der Geometrie der Kolben bzw. Kolbenteile.
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Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zur Herstellung eines Kolbens oder Kolbenteiles für einen Kolben für Brennkraftmaschinen vorgesehen, umfassend die folgenden Schritte:
- a) Herstellung eines verloren Modells oder Dauermodells des Kolbens oder Kolbenteils
- b) Einformen des verloren Modells oder Dauermodells eines Kolbens oder Kolbenteils
- c) Füllen der Form mit Metallschmelze
- d) Entnahme der Kolben oder Kolbenteile
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Die Kosten für die Herstellung einer einzelnen Form bzw. Modells sind bei Lost-Form-Verfahren gegenüber anderen Gießverfahren gering. Im Sinne eine kontinuierlichen Verbesserungsprozesses können Änderungen am Kolbendesign kurzfristig in die Serie übernommen werden.
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Weiterhin ist erfindungsgemäß ein Lost-Foam-Verfahren mit den folgenden Schritten vorgesehen:
- a) Modellherstellung mit den Teilschritten
- a1) Vorschäumen und
- a2) Fertigschäumen
- b) optionale Modellmontage
- c) Schlichten
- d) Einformen und Gießen
- e) Entnahme der Kolben oder Kolbenteile
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Das Lost-Foam-Verfahren bietet die Möglichkeit kostengünstig präzise Modelle bzw. Formen zu erstellen. Änderungen an der Kolbengestaltung können kurzfristig in die Serienproduktion übernommen werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010052579 A1 [0002]
- DE 10297060 T5 [0003]
- DE 8501763 U1 [0004]
- DE 3811200 A1 [0005]
- DE 1525895 A [0006]