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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Gehäusebauteils eines Verbrennungsmotors, das mindestens einen Fluidkanal für ein Arbeitsmedium umfasst, wobei der Fluidkanal in einer mittels eines additiven Fertigungsverfahrens hergestellten Struktur ausgebildet ist.
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Bei einem Betrieb eines Verbrennungsmotors wird ein Großteil der in Form von Kraftstoff zugeführten Energiegehalts in Wärmeenergie umgewandelt, die zu einer Erwärmung des Verbrennungsmotors und insbesondere der die Brennräume des Verbrennungsmotors begrenzenden Gehäusebauteile und den in diesen Gehäusebauteile angeordneten Komponenten, wie beispielsweise Gaswechselventile und Kraftstoffinjektoren, führt. Um eine Überhitzung dieser Gehäusebauteile und Komponenten zu vermeiden, müssen diese in der Regel aktiv gekühlt werden, was bei Verbrennungsmotoren, die für den Antrieb von Kraftfahrzeugen vorgesehen sind, zumeist mittels Flüssigkeitskühlungen erfolgt. Hierzu sind in die Gehäusebauteile der Verbrennungsmotoren und insbesondere in die Zylinderkurbelgehäuse und Zylinderköpfe Fluidkanäle integriert, die Teile von Kühlmittelkreisläufen darstellen. Durch diese wird im Betrieb der Verbrennungsmotoren Kühlmittel gefördert, die sich bei der Durchströmung der Kühlmittelkanäle erwärmen und dadurch Wärmeenergie von den Gehäusebauteilen der Verbrennungsmotoren abführen. Diese Wärmeenergie wird bei einer Rückkühlung der Kühlmittel in Umgebungswärmetauschern, die ebenfalls in die Kühlmittelkreisläufe integriert sind, an die Umgebungsluft übertragen.
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Gehäusebauteile von Verbrennungsmotoren werden heutzutage zumeist als Gussbauteile ausgebildet. Eine Integration von Kanälen in solche Gussbauteile ist vergleichsweise aufwändig, weil hierfür im Gießprozess entweder geeignete Kerne in Gussformen eingesetzt werden müssen, die nachträglich aus den gegossenen Gehäusebauteilen entfernt werden müssen, oder die Fluidkanäle nachträglich materialabtragend, beispielsweise durch Bohren, eingebracht werden müssen. Beide Vorgehensweisen sind nicht nur mit einem relativ großen Aufwand verbunden sondern hinsichtlich der geometrischen Form der Fluidkanäle, die herstellbar sind, erheblich beschränkt. Dies führt dazu, dass bei konventionell hergestellten Gehäusebauteilen von Verbrennungsmotoren die in diese integrierten Fluidkanäle in der Regel nicht optimal in thermisch hoch belasteten Bereichen angeordnet werden können. Dies führt zum einen dazu, dass für eine ausreichende mechanische und thermische Langzeitfestigkeit der Verbrennungsmotoren zumeist hochwarmfeste und damit teure Legierungen, insbesondere Aluminiumlegierungen, eingesetzt werden müssen. Zum anderen können Dimensionierungsbeschränkungen, die in der Herstellung der Gehäusebauteile durch Gießen begründet sind, dazu führen, dass Bereiche dieser Gehäusebauteile eigentlich für den Betrieb der Verbrennungsmotoren überdimensioniert sind, was insbesondere in ungewollt hohen Gewichten für die Gehäusebauteile resultieren kann.
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Die
DE 10 2013 205 244 A1 offenbart die Möglichkeit, verschiedene Bauteile für ein Kraftfahrzeug mittels additiver Fertigungsverfahren herzustellen.
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Die
DE 10 2014 213 624 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Fluidströmungskanals mittels Stereolithographie, wobei der Fluidströmungskanal insbesondere Teil eines Wassermantels eines Zylinderkops eines Verbrennungsmotors sein kann. Dabei soll das Verfahren entweder für den Prototypenbau in der Entwicklung oder für Einzelstücke oder Kleinstserien, insbesondere für die Verwendung im Motorsport, eingesetzt werden.
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Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit anzugeben, Gehäusebauteile für Verbrennungsmotoren herzustellenden, die bei einem überschaubaren Herstellungsaufwand eine möglichst gute Kühlbarkeit ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird mittels eines Verfahrens gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstände der weiteren Patentansprüche und/oder ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.
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Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Möglichkeiten, die additive Fertigungsverfahren hinsichtlich der geometrischen Gestaltungsfreiheit herzustellender Bauteile bieten, zu nutzen, um ein oder mehrere Wärmerohre in ein Gehäusebauteil eines Verbrennungsmotors zu integrieren, wodurch in vorteilhafter Weise eine Kühlung von thermisch hoch belasteten Bereichen des Gehäusebauteils erreicht werden kann.
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Dementsprechend ist erfindungsgemäß ein Verfahren zur Herstellung eines Gehäusebauteils eines Verbrennungsmotors vorgesehen, wobei das Gehäusebauteil, das mindestens einen Fluidkanal für ein Arbeitsmedium umfasst, der in einer mittels mindestens eines additiven Fertigungsverfahrens hergestellten Struktur ausgebildet ist, wobei der Kühlkanal als Teil eines Wärmerohrs ausgebildet wird.
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Als additive Fertigungsverfahren kommen beispielsweise das selektive Laserschmelzen, das selektive Lasersintern, das Elektronenstrahlschmelzen und/oder das Kaltgasspritzen in Frage.
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Bei einem Wärmerohr handelt es sich um eine Vorrichtung mit einem gasdicht abgeschlossenen Fluidkanal, in dem sowohl die Verdampfungsenthalpie als auch die Kondensationsenthalpie und folglich ein Phasenwechsel eines Arbeitsmediums ausgenutzt werden, um Wärmeenergie von einem Verdampfungsabschnitt des Fluidkanals in einen Kondensationsabschnitt des Fluidkanal zu transportieren, wozu bei einer geeigneten Auslegung des Wärmerohrs lediglich eine minimale Temperaturdifferenz erforderlich ist. Das in den Verdampfungsabschnitt gelangende Arbeitsmedium verdampft dabei infolge der dort höheren Temperaturen und wird so in die Gasphase überführt. Aufgrund eines nur kleinen Temperatur- und Druckgefälles strömt das gasförmige Arbeitsmedium dann in den Kondensationsabschnitt des Fluidkanals, in dem dieses Wärmeenergie an die den Fluidkanal dort begrenzende Rohrwandung, die dort infolge einer äußeren Kühlung eine geringere Temperatur als in der Verdampfungszone aufweist, abgibt. Dadurch kondensiert das Arbeitsmedium und wird anschließend in der Flüssigphase wieder in die Verdampfungszone transportiert. Dieses Transportieren erfolgt dabei stets passiv, entweder durch eine Kapillarwirkung von in den Fluidkanal integrierten und entsprechend dimensionierten Mikrokanälen und/oder infolge der Schwerkraft oder einer anderen, auf das Wärmerohr wirkenden Kraft (z.B. Trägheit). Wärmerohre, bei denen der Transport des flüssigen Arbeitsmediums primär oder ausschließlich auf einer Kapillarwirkung beruht, werden in der Regel als „Heatpipe“ bezeichnet, während für solche Wärmerohre, bei denen der Transport des flüssigen Arbeitsmediums ausschließlich oder primär auf der Schwerkraft beruht, zumeist als „Thermosiphon“ bezeichnet werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass das Wärmerohr zur Ausbildung des Gehäusebauteils zumindest teilweise umgossen wird, um ein das Wärmerohr zumindest teilweise integrierendes Gussbauteil auszubilden. Folglich kann vorgesehen sein, das Gehäusebauteil teilweise oder auch größtenteils in Form eines Gussbauteils auszubilden, wobei lediglich einzelne Abschnitte davon, insbesondere oder ausschließlich ein oder mehrere in das Gehäusebauteil integrierte Wärmerohre mittels eines additiven Fertigungsverfahrens hergestellt werden. Dies ermöglicht, die spezifischen Vorteile, die additive Fertigungsverfahren einerseits und Gießverfahren andererseits aufweisen, in vorteilhafter Weise miteinander zu kombinieren, um ein Gehäusebauteil auszubilden, das trotz einer vorteilhaften Kühlbarkeit ausreichend kostengünstig zumindest in einer Großserienherstellung herstellbar ist. Vorteile, die sich aus der Herstellung zumindest des- oder derjenigen Teile des Gehäusebauteils, die das/die Wärmerohr(e) umfassen, mittels eines additiven Fertigungsverfahrens ergeben, sind insbesondere die nahezu unbegrenzte geometrische Gestaltungsfreiheit und die Herstellbarkeit äußerst filigraner Strukturen. Diese Vorteile ermöglichen insbesondere auch eine Herstellung von Wärmerohren in Form von einstückigen Bauteilen. Eine Herstellung von Gehäusebauteilen beziehungsweise von Teilen davon mittels Gießverfahren ist dagegen häufig kostengünstig und schnell. Dies gilt insbesondere für eine Großserienherstellung, weil dabei ein Großteil der anfallenden Kosten anfängliche Investitionskosten, insbesondere für die Herstellung einer entsprechenden Gussform, sind, die auf eine große Anzahl herzustellender Gehäusebauteile umgelegt werden können. Erfindungsgemäß wird ab einer Herstellung von eintausend identischen Gehäusebauteilen pro Monat von einer Großserienherstellung ausgegangen.
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In einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem das Wärmerohr zur Ausbildung des Gehäusebauteils zumindest teilweise umgossen wird, kann vorgesehen sein, dass das Wärmerohr für das Umgießen vorab mit einem Gießkern verbunden wird, um eine Positionierung des zuvor mittels eines additiven Fertigungsverfahrens ausgebildeten Wärmerohrs innerhalb der Gussform und damit die gewünschte räumliche Integration in das herzustellende Gehäusebauteil sichergestellt werden kann.
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Der Gießkern, mit dem das Wärmerohr für das Umgießen verbunden werden kann, kann insbesondere dazu vorgesehen sein, einen Kühlmittelkanal des Gehäusebauteils auszubilden, der für die Integration in einen Kühlmittelkreislauf vorgesehen ist. Infolge einer besonders ausgeprägten Kühlwirkung eines den Kühlmittelkanal durchströmenden Kühlmittels auf denjenigen Abschnitt der Rohrwandung des Wärmerohrs, der den Fluidkanal des Wärmerohrs von dem Kühlmittelkanal gasdicht separiert, kann der entsprechende Abschnitt des Fluidkanals in vorteilhafter Weise als Kondensationsabschnitt dienen, in dem ein Übergang des in dem Fluidkanal des Wärmerohrs vorhandenen Arbeitsmediums von gasförmig zu flüssig und demnach ein Wärmeübergang von dem Arbeitsmedium des Wärmerohrs auf das für ein Durchströmen des Kühlmittelkanals vorgesehene Kühlmittel erfolgt.
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Ergänzend oder alternativ zu einer Befestigung des zuvor mittels mindestens eines additiven Fertigungsverfahrens ausgebildeten Wärmerohrs an einem Gießkern kann auch vorgesehen sein, dass das Wärmerohr als Teil einer insgesamt mittels mindestens eines additiven Fertigungsverfahrens hergestellten Grundstruktur ausgebildet wird, wobei die Grundstruktur vorzugsweise zumindest teilweise eine außenseitige Begrenzung des Gehäusebauteils darstellt. Dadurch kann sich das Umgießen des Wärmerohrs vereinfachen, weil dieses durch die Integration in die Grundstruktur auf relativ einfache Weise innerhalb einer Gussform positioniert und dadurch auf eine hierfür gegebenenfalls vorgesehene Befestigung an einem Gießkern in einem dem Gießen vorausgehenden Schritt verzichtet werden kann. Auch kann sich durch diese Vorgehensweise die Herstellung einer Gießform vereinfachen und kostengünstiger möglich werden, weil dadurch ein Teil der Grundstruktur funktional einen Abschnitt der Gussform ausbilden kann.
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Alternativ zu einer teilweisen Herstellung des Gehäusebauteils als Gussbauteil besteht auch die Möglichkeit, dieses vollständig mittels eines additiven Fertigungsverfahrens herzustellen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass auch ein den Fluidkanal des Wärmerohrs mit der Umgebung des Gehäusebauteils verbindendes Zugangsrohr (das einen fluidleitenden Zugangskanal ausbildet) mittels eines additiven Fertigungsverfahrens hergestellt wird. Dadurch kann insbesondere eine bessere geometrischen Gestaltungsfreiheit für den Zugangskanal erreicht werden. Der Zugangskanal dient dazu, den Fluidkanal des Wärmerohrs nach der Herstellung des Gehäusebauteils und für den Betrieb des von dem Gehäusebauteil teilweise ausgebildeten Verbrennungsmotors mit dem Arbeitsmedium zu befüllen, wobei dieser nach dem Befüllen und einer gegebenenfalls vorgesehenen Druckabsenkung in dem Fluidkanal gasdicht verschlossen wird, um den Betrieb des Wärmerohrs zu ermöglichen. Ergänzend dazu kann der Zugangskanal auch dazu dienen, den Fluidkanal des Wärmerohrs zu entleeren und dabei insbesondere darin enthaltenes nicht verfestigtes Material, das im Rahmen der additiven Herstellung des Wärmerohrs zum Einsatz kam, zu entfernen.
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Die erfindungsgemäß vorgesehene Herstellung des Wärmerohrs mittels mindestens eines additiven Fertigungsverfahrens, wodurch nahezu beliebig filigrane Strukturen ausgebildet werden können, kann in vorteilhafter Weise dazu ausgenutzt werden, um an der Innenseite und/oder an der Außenseite einer den Fluidkanal des Wärmerohrs umschließenden Rohrwandung Rippen, d.h. sich von der Rohrwandung erstreckende flächige Wandelemente, auszubilden, die durch eine Vergrößerung der Wärmeenergie übertragenden Fläche zu einem erhöhten Wärmeübergang von der und/oder auf die durch das Arbeitsmedium entsprechend temperierte Rohrwandung zu erreichen. Solche Rippen können insbesondere auf der Außenseite eines Abschnitts der Rohrwandung angeordnet sein, in dem diese innenseitig einen direkt an das Wärmerohr angrenzenden Abschnitt des Kühlmittelkanals begrenzt, so dass durch die Rippen insbesondere ein Wärmeübergang zwischen dem Arbeitsmedium des Wärmerohrs und einem den Kühlmittelkanal durchströmenden Kühlmittel vorteilhaft beeinflusst werden kann.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine relativ einfache und kostengünstige Herstellung eines Gehäusebauteils sein, das durch die Integration mindestens eines additiv hergestellten Wärmerohrs eine besonders vorteilhafte Kühlbarkeit aufweisen kann. Dadurch kann ermöglicht werden, dass das Gehäusebauteil zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig aus einer relativ kostengünstigen Legierung ausgebildet wird, weil geringere Warmfestigkeitsanforderungen angesetzt werden können.
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Mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens kann insbesondere ein Zylinderkopf oder ein Teil eines Zylinderkopfs als Gehäusebauteil eines Verbrennungsmotors hergestellt werden, weil ein Zylinderkopf im Betrieb eines Verbrennungsmotors besonders hoch thermisch belastet wird und diese Belastung zudem lokal stark variieren kann, so dass durch die Integration eines oder mehrerer Wärmerohre eine vorteilhafte lokale Kühlung dieser Bereiche erreicht werden kann. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Fluidkanal derart in den Zylinderkopf integriert wird, dass dieser mit einem Verdampfungsabschnitt in einem an eine Aufnahmeöffnung, die der Aufnahme eines Kraftstoffinjektors dient, angrenzenden Bereich angeordnet ist..
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Die unbestimmten Artikel („ein“, „eine“, „einer“ und „eines“), insbesondere in den Patentansprüchen und in der die Patentansprüche allgemein erläuternden Beschreibung, sind als solche und nicht als Zahlwörter zu verstehen. Entsprechend damit konkretisierte Komponenten sind somit so zu verstehen, dass diese mindestens einmal vorhanden sind und mehrfach vorhanden sein können.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt, jeweils in stark vereinfachter
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Darstellung:
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1: einen Abschnitt eines Zylinderkopfs für einen Verbrennungsmotor, der mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform hergestellt worden ist;
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2: einen Abschnitt eines Zylinderkopfs für einen Verbrennungsmotor, der mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer zweiten Ausführungsform hergestellt worden ist; und
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3: einen Abschnitt eines Zylinderkopfs für einen Verbrennungsmotor, der mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer dritten Ausführungsform hergestellt worden ist.
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Die 1 zeigt einen mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer ersten Ausführungsform hergestellten Zylinderkopf 10 für einen im Übrigen nicht dargestellten Verbrennungsmotor. Der Zylinderkopf 10 umfasst einen geometrisch komplex geformten Grundkörper 12, der eine Mehrzahl von Hohlräumen ausbildet, von denen zumindest einer als Kühlmittelkanal 14 dient. Dieser Kühlmittelkanal 14 ist dafür vorgesehen, in einen Kühlmittelkreislauf einer den Verbrennungsmotor umfassenden Brennkraftmaschine integriert zu werden, so dass ein in dem Kühlmittelkreislauf gefördertes Kühlmittel, bei dem es sich insbesondere um eine Kühlflüssigkeit handeln kann, den Kühlmittelkanal 14 durchströmen kann wodurch ein Wärmeübergang von dem Zylinderkopf 10 auf das Kühlmittel mit dem Ziel einer Kühlung des Zylinderkopfs 10 erreicht werden kann.
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In den Grundkörper 12 des Zylinderkopfs 10 ist weiterhin ein Wärmerohr 16 integriert, das, gemeinsam mit einem Zugangsrohr 18 einstückig mittels eines additiven Fertigungsverfahrens hergestellt worden ist, bevor diese Einheit aus Wärmerohr 16 und Zugangsrohr 18 durch ein Umgießen mit einem fließfähigen, aushärtbaren Material, beispielsweise einer Leichtmetall- und insbesondere einer Aluminiumlegierung, in einer Gussform (nicht dargestellt) in den als Gussbauteil ausgebildeten Grundkörper 12 integriert worden ist. Das Zugangsrohr 18 bildet einen Zugangskanal 22 aus, der einen von dem Wärmerohr 16 ausgebildeten Fluidkanal 20 mit der Umgebung des Zylinderkopfs 10 fluidleitend verbindet.
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Für eine sichere Positionierung des Wärmerohrs 16 und des Zugangsrohrs 18 innerhalb der für das Gießen des Grundkörpers 12 vorgesehenen Gussform, die der vorgesehenen räumlichen Integration des Wärmerohrs 16 und des Zugangsrohrs 18 in den Grundkörper 12 entspricht, kann vorgesehen sein, die den Fluidkanal 20 des Wärmerohrs 16 umschließende Rohrwandung mit demjenigen Abschnitt, in dem diese an den Kühlmittelkanal 14 angrenzen soll, mit einem für die Ausbildung des Kühlmittelkanals 14 vorgesehenen Gießkern (nicht dargestellt) zu verbinden, beispielsweise durch ein Verkleben. Nach einem Aushärten des für das Gießen des Grundkörpers 12 verwendeten Materials kann der Gießkern entfernt werden, wodurch der Kühlmittelkanal 14 freigelegt wird, der dann in einem Abschnitt von dem angrenzenden Abschnitt der Rohrwandlung des Wärmerohrs 16 begrenzt ist.
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Der Grundkörper 12 bildet eine als abgestufte Durchgangsöffnung ausgebildete Aufnahmeöffnung 24 aus, die der Aufnahme eines nicht dargestellten Kraftstoffinjektors dient. Mittels des Kraftstoffinjektors kann Kraftstoff in einen teilweise von dem Zylinderkopf 10 begrenzten Brennraum des Verbrennungsmotors eingebracht werden. Das Wärmerohr 16 erstreckt sich mit einem Ende des von diesem ausgebildeten Fluidkanals 20 bis in einen Bereich des Grundkörpers 12, der an ein brennraumseitiges Ende der Durchgangsöffnung 24 angrenzt. Dieser Bereich des Grundkörpers 12 beziehungsweise des Zylinderkopfs 10 ist üblicherweise in einem Betrieb des Verbrennungsmotors thermisch besonders hoch belastet. Durch die vorgesehene Integration des Wärmerohrs 16 wird dieser Bereich gezielt und mit einem hohen Wärmeübergang gekühlt.
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Dazu wird das in dem Fluidkanal 20 des Wärmerohrs 16 enthaltene Arbeitsmedium, das in der flüssigen Phase ausgehend von dem an den Kühlmittelkanal 14 angrenzenden Abschnitt in Richtung des im Bereich der Aufnahmeöffnung 24 gelegenen (Verdampfungs-)Abschnitt 30 des Fluidkanals 20 strömt, infolge der dort herrschenden relativ hohen Temperaturen verdampft und folglich in die Gasphase überführt. Der Transport des flüssigen Arbeitsmediums kann dabei ausschließlich oder primär durch die Schwerkraft erfolgen, im zweiten Fall zusätzlich zu einer Kapillarwirkung, die von in den Fluidkanal 20 integrierten Mikrokanälen (nicht dargestellt) erzeugt wird. Der Phasenübergang des Arbeitsmediums von flüssig zu gasförmig erfordert eine vergleichsweise hohe Wärmeenergie, die dem entsprechenden Abschnitt der Rohrwandung des Wärmerohrs 16 und damit dem daran angrenzenden Bereich des Grundkörpers 12 entzogen wird. Das gasförmige Arbeitsmedium strömt daraufhin in den an den Kühlmittelkanal 14 angrenzenden (Kondensations-)Abschnitt 34 des Fluidkanals 20, in dem dieses infolge der dort herrschenden, relativ geringen Temperaturen kondensiert, wodurch Wärmeenergie freigesetzt wird, die insbesondere über denjenigen Abschnitt der Rohrwandung des Wärmerohrs 16, die den Fluidkanal 20 von dem Kühlmittelkanal 14 separiert, an das Kühlmittel übertragen wird. Um diesen Wärmeübergang weiter zu verbessern bildet das Wärmerohr 16 in dem entsprechenden Abschnitt der Rohrwandung auf ihrer Außenseite, die in diesem Abschnitt auch eine den Kühlmittelkanal 14 begrenzende Wandung darstellt, eine Vielzahl von Rippen 26 aus, durch die die Fläche, die für einen Wärmeübergang von der Rohrwandung des Wärmerohrs 16 auf das Kühlmittel zur Verfügung steht, vergleichsweise groß ausgebildet ist.
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Der Zylinderkopf 10 gemäß der 2 unterscheidet sich von demjenigen gemäß der 1 dahingehend, dass das Wärmerohr 16 einstückig integraler Bestandteil einer mittels eines additiven Fertigungsverfahrens hergestellten Grundstruktur ist, die in einem Abschnitt eine außenseitige Begrenzung des Zylinderkopfs 10 darstellt. In der vereinfachten Darstellung gemäß der 2 umfasst die Grundstruktur neben dem Wärmerohr 16 und dem in das Wärmerohr 16 übergehenden Zugangsrohr 18 eine Grundplatte 28, in die das Wärmerohr 16 übergeht beziehungsweise teilweise integriert ist. Zur Ausbildung des Zylinderkopfs 10 wird die Grundstruktur mit einem Grundkörper 12 verbunden, der wiederum als Gussbauteil ausgebildet ist, wozu die Grundplatte 28 an derjenigen Seite, an der diese in das Wärmerohr 16 übergeht, mit dem Material, das zur Ausbildung des Grundkörpers 12 vorgesehen ist, angegossen wird, wobei gleichzeitig das Wärmerohr 16 und das Zugangsrohr 18 von diesem Material umgossen werden.
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Durch die Integration des Wärmerohrs 16 in eine solche Grundstruktur kann gegebenenfalls darauf verzichtet werden, dieses durch ein temporäres Verbinden mit einem Gießkern innerhalb einer für das Gießen des Grundkörpers 12 vorgesehenen Gussform positioniert zu halten, da eine solche Positionierung durch die Integration in die Grundstruktur bewirkt werden kann. Unabhängig davon besteht jedoch weiterhin die Möglichkeit, einen Gießkern, insbesondere einen Gießkern, der für die Ausbildung eines Kühlmittelkanals 14 vorgesehen ist, für das Gießen des Grundkörpers 12 mit dem Wärmerohr 16 zu verbinden, wobei dies auch dazu dienen kann, den Gießkern mittels des in die Grundstruktur integrierten Wärmerohrs 16 innerhalb der Gussform zu positionieren.
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Der Zylinderkopf 10 gemäß der 3 unterscheidet sich dadurch von denjenigen gemäß den 1 und 2, dass dieser vollständig mittels eines additiven Fertigungsverfahrens hergestellt worden ist.
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Die in den Zylinderköpfen 10 gemäß den 1 bis 3 dargestellten Wärmerohre 16 weisen Verläufe ihrer Fluidkanäle 20 auf, die sich durch einen vorteilhaften Transport von Wärmeenergie und damit durch eine vorteilhafte Kühlwirkung für die durch diese jeweils primär zu kühlenden Bereiche auszeichnen kann. Konkret weisen die Fluidkanäle 20 Verdampfungsabschnitte 30 auf, die in den für den Betrieb des jeweiligen Verbrennungsmotors vorgesehenen Ausrichtungen der Zylinderköpfe 10 in etwa horizontal verlaufen und an einem Ende abgewinkelt oder mit kleinen Radien in Transportabschnitte 32 übergehen, die geradlinig mit einer schrägen Ausrichtung (beispielsweise ca. 45°) bezüglich der Vertikalen verlaufen. Die Transportabschnitte 32 wiederum gehen in etwa mittig beziehungsweise T-förmig in Kondensationsabschnitte 34 über, die ebenfalls in etwa horizontal verlaufen. Die Mündungen der von den Zugangsrohren 18 ausgebildeten Zugangskanäle 22 in die Fluidkanäle 20 der Wärmerohre 16 kann dabei, wie dargestellt, jeweils an einem Ende der Kondensationsabschnitte 34 angeordnet sein.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Zylinderkopf
- 12
- Grundkörper
- 14
- Kühlmittelkanal
- 16
- Wärmerohr
- 18
- Zugangsrohr
- 20
- Fluidkanal
- 22
- Zugangskanal
- 24
- Aufnahmeöffnung
- 26
- Rippe
- 28
- Grundplatte
- 30
- Verdampfungsabschnitt des Fluidkanals
- 32
- Transportabschnitt des Fluidkanals
- 34
- Kondensationsabschnitt des Fluidkanals
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013205244 A1 [0004]
- DE 102014213624 A1 [0005]
