DE102016122080A1

DE102016122080A1 - Gegossene Zu- und Ablauföffnungen bei Stahlguss- und Eisengusskolben

Info

Publication number: DE102016122080A1
Application number: DE102016122080.9A
Authority: DE
Inventors: Gregor Müller
Original assignee: KS Kolbenschmidt GmbH
Current assignee: KS Kolbenschmidt GmbH
Priority date: 2015-11-19
Filing date: 2016-11-17
Publication date: 2017-05-24
Also published as: WO2017085164A1; MX2018005970A; BR112018009733A2; CN108367340B; BR112018009733A8; EP3377244A1; US20180326477A1; CN108367340A

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Kolbens (8), der einen mittels eines verlorenen Kernes (3) erzeugten Kühlkanal (4) aufweist, wobei in einem Gießverfahren unter Anwendung einer Gießform, in die der Kern (3) vor dem Gießen eingesetzt wird, unter Verwendung einer Gießschmelze ein Kolbenrohling (1) gegossen und nach dem Erstarren der Gießschmelze der Kolbenrohling (1) der Gießform entnommen und anschließend der Kern (3) ausgespült wird und danach eine Fertigbearbeitung des Kolbenrohlings (1) zur Erzeugung des Kolbens (8) erfolgt, wobei sich der Kern (3) bis in einen Bereich der Gießform erstreckt, die einen Innenbereich des Kolbenrohlings (1) ausbildet und mit dem Kern (3) zumindest eine einen gerundeten Verlauf aufweisende Öffnung für den Kühlkanal (4) nach dem Ausspülen gebildet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kolbens, der einen mittels eines verlorenen Kernes erzeugten Kühlkanal aufweist, wobei in einem Gießverfahren unter Anwendung einer Gießform, in die der Kern vor dem Gießen eingesetzt wird, unter Verwendung einer Gießschmelze ein Kolbenrohling gegossen und nach dem Erstarren der Gießschmelze der Kolbenrohling der Gießform entnommen und anschließend der Kern ausgespült wird und danach eine Fertigbearbeitung des Kolbenrohlings zur Erzeugung des Kolbens erfolgt, gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.
Ein solches Verfahren zur Herstellung eines Kolbens, der auch Kühlkanalkolben genannt wird, ist aus der US 4,559,685 bekannt. Ein verlorener Kern, z. B. ein Sandkern, wird an seinen Enden mit einem metallischen Haltestück versehen, wobei in der Gießform ein Permanentmagnet vorhanden ist, auf den dieses metallische Haltestück aufgesetzt und dadurch gehalten wird. Die das metallische Haltestück umgebende Unterseite des verlorenen Kernes hegt auf der Halteeinrichtung, in der der Permanentmagnet ist, auf, sodass dadurch ein zylinderförmiges Ende des Kernes realisiert ist. Infolge dessen ergibt sich nach dem Ausspülen des Kernes aus dem fertiggegossenen Kolbenrohling ein relativ scharfkantiger Übergang in dem den Kühlkanal umgebenden Materialbereich des Kolbenrohlings, sodass dadurch Spannungen im Gefüge des Materials des Kolbens entstehen, aus denen sich Risse bilden können, wenn der fertige Kolben im Betrieb des Zylinders der Brennkraftmaschine läuft.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die eingangs geschilderten Nachteile zu vermeiden.
Diese Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass sich der Kern bis in einen Bereich der Gießform erstreckt, die einen Innenbereich des Kolbenrohlings ausbildet und mit dem Kern zumindest eine einen gerundeten Verlauf aufweisende Öffnung für den Kühlkanal nach dem Ausspülen gebildet wird. Mittels des Erstreckens des Kernes in einen Bereich der Gießform, die einen Innenbereich des Kolbenrohlings ausbildet, kann ein nahtloser Übergang um die Öffnung zu dem Kühlkanal realisiert werden. Diese Öffnung erstreckt sich dann nicht nur von der Öffnung selbst ausgehend in Richtung des Kühlkanales, sondern sie erstreckt sich auch in umgekehrter Richtung ausgehend von der Öffnung in Richtung des Innenbereiches. Nicht nur diese Erstreckung des Verlaufes der Öffnung, sondern auch der gerundete Verlauf der Öffnung für den Kühlkanal hat den Vorteil, dass keine scharfkantigen Übergänge entstehen, sodass dadurch Rissbildungen wirksam vermieden werden. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass mittels eines verlorenen Kernes, z. B. ein Salz- oder Sandkern, beliebige Formen der Öffnung realisiert werden können. Der Querschnitt der Öffnung muss nicht mehr rund sein, sondern kann auch oval oder andere beliebige im Querschnitt rundlich verlaufende Formen aufweisen. Außerdem ist es ein ganz wesentlicher Vorteil, dass der verlorene Kern vollständig den Öffnungsbereich für den Zugang zu dem Kühlkanal bildet, nämlich auch ausgehend von dem Innenbereich des Kolbens, sodass dieser lediglich nach dem Gießen und dem Erstarren der Gießschmelze ausgespült werden muss. Spanabhebende Bearbeitungen, wie z. B. Bohren (insbesondere zur Realisierung der Öffnung an sich), oder Nachbearbeitungen durch spanabhebende Verfahren entfallen vollständig, sodass nach der Erfindung nicht die Gefahr besteht, dass kleinere Partikel, die bei der spanabhebenden Bearbeitung entstehen, in den Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine eindringen können.
Als Beispiel für beliebige Formgebungen sind in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass als Öffnung zumindest eine Zulauföffnung mit einem umlaufenden Wulst mittels des Kernes gebildet wird, optional ergänzt um die Bildung der Öffnung mittels des verlorenen Kernes zumindest als eine Ablauföffnung ebenfalls mit einem umlaufenden Wulst. Nach der Erfindung wird also nicht einfach nur eine Öffnung aus Richtung des Innenbereiches des Kolbens in Richtung des Kühlkanales eingebracht, sondern diese auch vorteilhaft gestaltet. Mittels des umlaufenden Wulstes zumindest um die Zulauföffnung herum wird dieser Bereich nicht nur verstärkt, sondern ihm auch eine Formgebung gegeben, mittels derer Risse im Gefüge des Materials um die Öffnung herum wirksam vermieden werden. Auch hier muss der Querschnitt der Öffnung nicht kreisförmig sein, sondern kann auch im Querschnitt betrachtet oval oder in ihrem Umlauf mit mehreren Änderungen des Verlaufes einer Bogenform ausgebildet sein.
Ebenfalls ist in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass mittels des Kernes zumindest im Bereich der Zulauföffnung ein Strahlteiler gebildet wird. Dieser Strahlteiler liegt beispielsweise im Scheitelpunkt des Kühlkanales, sodass er bei Betrachtung der Kolbenhubachse nach unten in den freien Bereich des Kühlkanales hineinragt. Dadurch kann ein Ölstrahl, der über die zumindest eine Zulauföffnung in Richtung des Kühlkanales eingespritzt wird, in eine bestimmte Richtung oder auch in zwei unterschiedliche Richtungen gelenkt werden.
Die Erfindung wird anhand eines Kolbens, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wird, im Folgenden näher beschrieben und anhand der Figuren erläutert.
In 1 ist ein Kolbenrohling 1 dargestellt, der eine mit 2 bezeichnete Außenkontur nach seiner Herstellung aufweist. Der Kolbenrohling 1 wird mittels eines entsprechenden Gießverfahrens unter Anwendung einer Gießform hergestellt, wobei die Gießform die Innenkontur der Außenkontur 2 des Kolbenrohlings 1 aufweist. Die Gießform kann ein- oder mehrteilig gestaltet sein. Als ein Teil der Gießform ist ein verlorener Kern 3 vorgesehen, der in geeigneter Weise auf oder an der Gießform, z. B. dem inneren Einsatz der Gießform, angeordnet wird. Es ist auch denkbar, mehr als einen verlorenen Kern 3 vorzusehen. Nachdem der zumindest eine Kern 3 an der Gießform angeordnet und befestigt worden ist, wird die Gießform mit Gießschmelze aufgefüllt und abgewartet, bis diese erstarrt ist. Anschließend wird die Gießform entfernt, wobei zunächst der verlorene Kern 3 in dem hergestellten Kolbenrohling 1 verbleibt. Dieser wird in üblicher Form ausgespült, sodass dadurch ein Innenbereich in dem Kolbenrohling 1 entsteht, der der Außenform des Kernes 3 entspricht und der einen Kühlkanal 4 bildet. Die in der 1 dargestellte Kontur bzw. der Verlauf des Kühlkanales 4 ist beispielhaft und hierauf nicht beschränkt.
Mit 5 ist gestrichelt eine Fertigkontur bezeichnet, nachdem der Kolbenrohling 1 weiterbearbeitet worden ist. Insbesondere ist diese Fertigbearbeitung durch spanabhebende Bearbeitung des äußeren Bereiches des Kolbenrohlings 1 erfolgt. Diese Fertigbearbeitung erfolgt entweder nach oder ggf. auch vor dem Ausspülen des Kernes 3.
Der fertigbearbeitete Kolben weist schließlich an sich bekannte Elemente auf, wie ein Ringfeld, eine Bolzenbohrung 6, einen Kolbenschaft 7 und weitere übliche Elemente (wie z. B. optional eine Brennraummulde) auf.
In 2 ist eine Ansicht in einen Innenbereich eines fertigen Kolbens 8, der auf dem Kolbenrohling 1 gemäß 1 basiert, dargestellt. Bei diesem beispielhaften Design ist erkennbar, dass ausgehend von den Bolzenbohrungen 6 sich Verbindungswände in Richtung der tragenden Kolbenschäfte 7 erstrecken. Diese sind an der Unterseite des Oberteiles des fertigen Kolbens 8 angeordnet, wobei sich auf dieser Unterseite auch zumindest eine Zulauföffnung 9 befindet. In diesem Ausführungsbeispiel ist um die Zulauföffnung 9 herum ein umlaufender Wulst 10 angeordnet. Hierbei ist der Querschnitt der Zulauföffnung 9 kreisförmig, kann aber von dieser geometrischen Form abweichen. Gleiches gilt dann auch für den umlaufenden Wulst 10.
Mit Blick durch die Zulauföffnung 9 in Richtung der Unterseite des Oberteiles des Kolbens 8 ist noch ein optionaler Strahlteiler 11 in dem Kühlkanal 4 (genauer an dessen Scheitel, nach unten in Richtung der Zulauföffnung 9 ragend) dargestellt.
Bei dem Kolben 8 gemäß 2 erfolgt das Einspritzen von Kühlöl über die (zumindest eine) Zulauföffnung 9, sodass das Kühlöl in dem Kühlkanal 4 zirkulieren kann. Damit es aus dem Kühlkanal 4 wieder austreten kann, ist gemäß 2 zumindest eine Ablauföffnung 12 vorhanden, die ebenfalls mit einem umlaufenden Wulst 13 versehen ist, aber nicht sein muss. Die Öffnungen 9, 12 (und ggf. weitere Öffnungen) werden nach der Erfindung mittels des verlorenen Kernes 3 hergestellt, wobei mittels des verlorenen Kernes, der sich bis in einen Bereich der Gießform erstreckt, die einen Innenbereich des Kolbenrohlings 1 ausbildet, auch der gerundete Verlauf der Öffnung 9, 12, beispielsweise realisiert mit dem der Verstärkung des jeweiligen Bereiches dienenden umlaufendem Wulst 10, 13, hergestellt wird.
Bezugszeichenliste

1: Kolbenrohling
2: Außenkontur
3: verlorener Kern
4: Kühlkanal
5: Fertigkontur
6: Bolzenbohrung
7: Kolbenschaft
8: fertiger Kalben
9: Zulauföffnung
10: umlaufender Wulst
11: Strahlteiler
12: Ablauföffnung
13: umlaufender Wulst

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

US 4559685 [0002]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Kolbens (8), der einen mittels eines verlorenen Kernes (3) erzeugten Kühlkanal (4) aufweist, wobei in einem Gießverfahren unter Anwendung einer Gießform, in die der Kern (3) vor dem Gießen eingesetzt wird, unter Verwendung einer Gießschmelze ein Kolbenrohling (1) gegossen und nach dem Erstarren der Gießschmelze der Kolbenrohling (1) der Gießform entnommen und anschließend der Kern (3) ausgespült wird und danach eine Fertigbearbeitung des Kolbenrohlings (1) zur Erzeugung des Kolbens (8) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Kern (3) bis in einen Bereich der Gießform erstreckt, die einen Innenbereich des Kolbenrohlings (1) ausbildet und mit dem Kern (3) zumindest eine einen gerundeten Verlauf aufweisende Öffnung für den Kühlkanal (4) nach dem Ausspülen gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Öffnung zumindest eine Zulauföffnung (9) mit einem umlaufenden Wulst (10) mittels des Kernes (3) gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Öffnung zumindest eine Ablauföffnung (12) mit einem umlaufenden Wulst (13) mittels des Kernes (3) gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Kernes (3) zumindest im Bereich der Zulauföffnung (9) ein Strahlteiler (11) gebildet wird.