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Die Erfindung betrifft Ringträger mit einem Kühlkanal für einen Kolben einer
Brennkraftmaschine gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.
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Ringträger mit einem Kühlkanal für einen Kolben einer Brennkraftmaschine sind
bekannt. Der Kühlkanal, in dem ein Kühlmedium, insbesondere Motoröl, zirkuliert, dient
der Kühlung des Kolbens, um höhere Verbrennungstemperaturen und somit höhere
Verbrennungsdrücke realisieren zu können. Bei bekannten Ringträgern wird zur
Herstellung des Kühlkanales an dem Ringträger innen umlaufend ein Kühlkanalblech
angeformt, so daß ein einteiliges Bauteil mit einem geschlossenen Kühlkanal
entsteht, welches in die Gießform eingesetzt werden kann. Gegebenenfalls kann vor
dem Einsetzen dieses Bauteiles in die Gießform noch ein Alfiniervorgang erfolgen,
bei dem dieses Bauteil mit einer Alfin-Schicht überzogen wird, um eine bessere
Verbindung mit der in die Gießform einzufüllenden Gießschmelze zu erzielen. Nach dem
Gießen ist es noch erforderlich, insbesondere vom Innenbereich des Kolbens aus, in
dem sich der Gießkern befunden hat, eine oder mehrere Bohrungen in Richtung des
Kühlkanales einzubringen, über welche das Kühlmedium in den Kühlkanal und aus
dem Kühlkanal gelangen kann. Aufgrund der Geometrie des Kühlkanalbleches,
insbesondere dessen bohenförmigen Querschnitts, entsteht beim Anbohren eine
ungünstige Bohrwinkellage, so daß ein gratfreies Bohren nicht realisierbar ist. Aufgrund
der Grate, die beim Bohren entstehen, besteht die Gefahr, daß sich während des
Betriebes des Kolbens ein Grat löst und in die Laufbahn des Zylinders oder den
Motorölkreislauf gelangt, wobei es zu Beeinträchtigungen bis hin zum Ausfall der
Brennkraftmaschine kommen kann. Andererseits muß der Kühlkanal vor dem
Gießen vollständig verschlossen sein, damit während des Gießvorganges keine
Gießschmelze in den Kühlkanal eindringen kann. Hierzu muß auch eine
Dichtheitsprüfung erfolgen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Ringträger mit einem
Kühlkanal für einen Kolben einer Brennkraftmaschine bereitzustellen, bei dem ein
Anbohren des Kühlkanalbleches gratfrei und prozeßsicher gewährleistet ist.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patenanspruches 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß das Kühlkanalblech zumindest zwei lokal
begrenzte Flachstellen aufweist. Solche Flachstellen, die man auch als Plateau
bezeichnen kann, haben den Vorteil, daß an der Stelle, an der eine Bohrung
eingebracht werden soll, der Bohrer auf eine zur Bohrachse senkrechte Ebene trifft, wobei
im Bereich dieser Auftrefffläche als Material nur das Material des Kühlkanalbleches
angetroffen wird. Damit wird vermieden, daß beim Anbohren des Kühlkanalbleches
auch Randbereiche des Ringträgers und/oder des Kolbenmaterials mit angebohrt
werden. Ebenso steht, insbesondere auch unter Ausnutzung der entsprechenden
Toleranzen, eine wesentlich größere Bohrfläche (Bohrerdurchmesser) zur Verfügung,
so daß eine im Durchmesser größere Bohrung vom Innenbereich des Kolbens in
Richtung des Kühlkanales eingebracht werden kann, um das Durchsatzvolumen des
Kühlmediums zu erhöhen. Um einerseits einen Zulauf und andererseits einen Ablauf
für das Kühlmedium realisieren zu können, sind zwei lokal begrenzte Flachstellen
erforderlich, die nach dem Aufbohren den Zulauf bzw. Ablauf darstellen. Darüber
hinaus sind jeweils für Zu- und Ablauf auch mehr als eine Flachstelle in das
Kühlkanalblech einbringbar. Die Flachstelle ist jeweils zur Bohrerachse senkrecht
angeordnet und darüber hinaus in Umfangsrichtung länglich ausgebildet. Eine solche
Flachstelle kann sowohl vollständig nach außen als auch vollständig nach innen in das
Kühlkanalblech geformt werden. Ebenso sind Zwischenstufen möglich, die teilweise
nach außen und teilweise nach innen geformt sind, was den Vorteil einer geringeren
Umformarbeit und somit einer geringeren Einreißgefahr hat. Beim Herstellen der
Flachstellen, beispielsweise durch Eindrücken des Kühlkanalbleches, insbesondere
mit einem Stempel, entsteht ein Übergangsbereich von dem erhabenen
Kühlkanalblech hin zu der Flachstelle und wieder zurück, wodurch eine zusätzliche
Versteifung des Kühlkanalbleches im Bereich der Bohrung gegeben ist. Dadurch ist ein
wesentlich prozeßsichereres Arbeiten möglich. Ebenso erhöht sich aufgrund der
Flachstelle die Treffgenauigkeit beim Anbohren, wodurch auch die Toleranzbereiche
enger gefaßt werden können oder bestehende Toleranzbereiche weiter ausgenutzt
werden können.
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In Weiterbildung der Erfindung kann eine Flachstelle oder auch mehrere oder auch
alle Flachstellen in einer Ebene geneigt zu einer Ebene, in der der Ringträger liegt,
und/oder parallel in einer Ebene zu einer Ebene, in der Ringträger liegt, angeordnet
sein. Damit sind vom Innenbereich des Kolbens her verschiedene Bohrwinkellagen
einstellbar, so daß eine optimale Bohrwinkellage (Bohrerachse senkrecht zu der
Ebene der Flachstelle) eingestellt werden kann.
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In Weiterbildung der Erfindung ist zumindest im Bereich einer Flachstelle ein Rohr
angeformt, wobei das Rohr geschlossen oder offen gestaltet sein kann. Bei einem
offenen Rohr ist sicherzustellen, daß die Öffnung bis in Richtung des Gießkernes
reicht, so daß in die Öffnung keine Gießschmelze eindringen kann. In einer anderen
Ausgestaltung der Erfindung ist das Rohr geschlossen, so daß nach dem Anformen
des Rohres an der Flachstelle des Kühlkanalbleches der Kühlkanal vollständig
geschlossen ist. Das Anformen kann beispielsweise durch Anschweißen erfolgen.
Dabei kann schon vor dem Anformen (Anschweißen) eine Bohrung in die Flachstelle
des Kühlkanalbleches eingebracht werden, was den Vorteil hat, daß die Bohrung vor
dem Anschweißen des Rohres und dem Eingießen des Ringträgers entgratet und
der Kühlkanal gegebenenfalls von Bohrresten befreit werden kann. Nach dem
Eingießen des Ringträgers mit an dem Kühlkanalblech angeformten Rohren wird dann
nur noch der verschlossene Endbereich des angeformten Rohres aufgebohrt. Dies
hat den Vorteil, daß die Bohrung nicht mehr an einer rißgefährdeten Stelle am
Kühlkanalblech und darüber hinaus gratarm angebracht werden kann. Außerdem erfolgt
eine Bohrung in einem solchen Bereich, der für die Alfinbindung des Ringträgers und
des Kühlkanalbleches mit der umgebenden erstarrten Gießschmelze unkritisch ist,
so daß die Bindung zwischen Ringträger und Kühlkanalblech einerseits und
umgebende erstarrte Gießschmelze andererseits nicht beschädigt wird.
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Verschiedene Ausführungsformen, die beispielhaft sind und auf die die Erfindung
nicht beschränkt ist, sind im folgenden erläutert und anhand der Figuren
beschrieben.
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Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Ringträger,
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Fig. 2 und 3 Schnitte D und E durch den Ringträger gemäß Fig. 1,
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Fig. 4 Draufsicht auf einen Ringträger mit angeformten Rohren,
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Fig. 5 und 6 Schnitte D und E durch den Ringträger gemäß Fig. 4.
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Fig. 1 zeigt einen Ringträger 1 für einen Kolben einer Brennkraftmaschine, wobei
koaxial innerhalb des Ringträgers 1 und radial umlaufend direkt an dem Ringträger 1
ein ein- oder mehrteiliges Kühlkanalblech 2 angeformt, insbesondere angeschweißt
ist. Lokal begrenzt sind zumindest eine erste Flachstelle 3 und eine zweite
Flachstelle 4 vorhanden, wobei auch mehr als zwei Flachstellen vorhanden sein können.
Über jeweils zumindest eine Flachstelle erfolgt die Zufuhr von Kühlmedium und über
die zumindest eine weitere Flachstelle erfolgt der Ablauf des Kühlmediums,
nachdem eine Verbindung zwischen dem Innenbereich des Kolbens und dem Kühlkanal,
der von dem Kühlkanalblech 2 gebildet ist, hergestellt wurde. Die lokal begrenzten
Flachstellen 3 und 4 werden durch eine Umformarbeit in das Kühlkanalblech 2
eingebracht, so daß sie nach dem Umformen nach außen oder nach innen in Richtung
des Kühlkanalbleches 2 vorhanden sind. Dabei bietet es sich an, bei einem
einteiligen Kühlkanalblech 2, nach dem Anschweißen des Kühlkanalbleches 2 an den
Ringträger 1 die Flachstellen durch eine Umformung nach innen (Eindrücken mittels
eines Stempels) herzustellen. Bei einem mehrteiligen Kühlkanalblech kommt
gegebenenfalls auch eine Umformung nach außen in Frage, da vor dem
Zusammenschweißen der mehreren Teile des Kühlkanal und dem Anschweißen an dem
Ringträger 1 das Kühlkanalblech noch von innen zugänglich ist. Nach dem Umformen
des Kühlkanalbleches 2 zur Erzielung der lokal begrenzten Flachstellen 3 und 4
entstehen Übergangsbereiche 5, wodurch eine zusätzliche Versteifung des
Kühlkanalbleches im Bereich der Flachstellen 3 und 4 erzielt wird. Dadurch ist das
Einbringen einer Bohrung im Bereich der jeweiligen Flachstelle 3 und 4 unkritisch und
prozeßsicher.
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In den Fig. 2 und 3 sind Schnitte D und E gemäß Fig. 1 gezeigt. Dabei ist die
Anordnung des Kühlkanalbleches 2 an dem Ringträger 1 erkennbar, wodurch ein
umlaufender Kühlkanal 6 in an sich bekannter Weise entsteht. Aufgrund der
Schnittlage sind die Flachstellen 3 und 4 erkennbar, wobei jenseits des
Übergangsbereiches 5 der Verlauf des Kühlkanalbleches 2 mit 2' bezeichnet ist.
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In Fig. 2 ist gezeigt, daß die Flachstelle 4 parallel in einer Ebene E2 zu einer Ebene
E1, in der der Ringträger 1 liegt, angeordnet ist. Alternativ oder ergänzend dazu ist in
Fig. 3 gezeigt, daß die Flachstelle 3 in einer Ebene E3 geneigt zu einer Ebene E1,
in der der Ringträger 1 liegt, angeordnet ist. Durch diese parallele oder geneigte
Anordnung der Ebenen E2 und E3 zu der Ebene E1 sind, ausgehend von dem
Innenbereich des Kolbens, beim Anbohren verschiedene Bohrwinkellagen erzielbar, wobei
immer die optimale Bohrwinkellage, d. h. die Bohrerachse steht senkrecht zu der
Ebene E2 bzw. E3, eingestellt werden kann. Dabei richtet sich die Ausrichtung der
Ebenen E2 und E3 nach der geometrischen Ausgestaltung des Innenbereiches des
Kolbens.
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Während den Schnitten D und E der Fig. 2 und 3 entnehmbar ist, daß das
Kühlkanalblech 2 eine größere Höhe aufweist als der Ringträger 1, ist die Erfindung
selbstverständlich auch auf Kühlkanalbleche 2 anwendbar, die die gleiche oder eine
geringere Höhe als der Ringträger 1 aufweisen. Besonders vorteilhaft sind jedoch
Kühlkanalbleche 2 mit einer Höhe größer als die Höhe des Ringträgers 1, um das
Durchsatzvolumen von Kühlmedium in dem Kühlkanal 6 zu vergrößern.
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Je nach geometrischer Ausgestaltung und in Abhängigkeit der Umformung
entstehen ovale, runde, eckige oder beliebige Formen der Flachstellen 3 und 4. Ebenso
kann es dabei zu einer Ausbuchtung des Kühlkanalbleches 2 in Richtung des
Mittelpunktes des Kühlkanalbleches 2 kommen. Solche Ausbuchtungen, gegebenenfalls
in Verbindung mit runden Flachstellen, haben den Vorteil, daß eine vergrößerte
Fläche zum Anbohren zur Verfügung steht, wodurch eine größere Verbindung zwischen
dem Innenbereich des Kolbens und dem Kühlkanal 6 zwecks Erhöhung des
Durchflußvolumens eingebracht werden kann.
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Fig. 4 zeigt einen Ringträger 1 mit angeformtem Kühlkanalblech 2, welcher
ebenfalls wieder Flachstellen 3 und 4 aufweist. An diesen Flachstellen 3 und 4 sind
jeweils Rohre 7 und 8 angeformt, insbesondere angeschweißt. Dabei kann die
jeweilige Flachstelle vor dem Anformen der Rohre 7 und 8 aufgebohrt werden, so daß
noch ein Entgraten der Bohrstelle und gegebenenfalls Entfernen von Bohrteilen aus
dem Kühlkanal 6 möglich ist.
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In den Fig. 5 und 6 sind, analog zu den Fig. 2 und 3, Schnitte D und E
gemäß Fig. 4 gezeigt, wobei die Lage des jeweiligen Rohres 7 bzw. 8 zu der
entsprechenden Flachstelle 3 bzw. 4 erkennbar ist. Dabei ist die Längsachse des
anzuformenden Rohres 7 bzw. 8 senkrecht gerichtet zu der Ebene der entsprechenden
Flachstelle 3 bzw. 4. Für die Ausrichtung der Ebenen der Flachstellen 3 und 4, die in
den Fig. 5 und 6 gezeigt sind, gilt das gleiche wie für die Flachstellen 3 und 4, die
in den Fig. 2 und 3 gezeigt sind.
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In den Fig. 5 und 6 ist gezeigt, daß die Rohre 7 und 8 (in Form eines Hütchens
oder eines Nippels) geschlossen sind. Solche Ausgestaltungen eines Rohres lassen
sich einfach und kostengünstig in großer Stückzahl herstellen. Nach dem Eingießen
des Ringträgers mit seinem Kühlkanalblech 2 und den angeformten Rohren 7, 8 ist
sicherzustellen, daß der Kühlkanal 6 vollständig geschlossen ist. Nachdem dieses
Bauteil eingegossen worden ist, kann entweder das geschlossene Ende des Rohres
7 bzw. 8 einschließlich der entsprechenden Flachstelle 3 bzw. 4 aufgebohrt werden,
wobei es auch denkbar ist, vor dem Anformen der Rohre 7, 8 schon die Flachstellen
3, 4 aufzubohren, so daß nach dem Gießvorgang von dem Innenbereich des
Kolbens nur noch eine Bohrung durch das geschlossene Ende des Rohres 7 bzw. 8
eingebracht werden muß.
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Alternativ dazu können die Rohre 7 bzw. 8 so lang ausgebildet werden, daß sie bis in
einen Bereich reichen, in den keine Gießschmelze gelangt. Dies hätte den Vorteil,
daß die Enden der Rohre offen bleiben können, da keine Gießschmelze in den
Kühlkanal 6 gelangen kann. Dies ist mit dem Vorteil verbunden, daß eine
Dichtheitsprüfung des Kühlkanales 6 vor dem Eingießen entfallen kann.
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Der Vollständigkeit halber wird unter Bezugnahme auf die Fig. 6, wobei folgendes
auch für die vorangegangenen Figuren gilt, erläutert, daß das. Rohr 7 bzw. 8 mittels
einer umlaufenden Fügeverbindung, insbesondere einer Schweißverbindung 9, im
Bereich der zugehörigen Flachstelle 3 bzw. 4 angeformt ist. Gleiches gilt für das
Kühlkanalblech 2, welches radial umlaufend mittels einer Fügeverbindung,
insbesondere einer Schweißverbindung 10, an der inneren umlaufenden Kontur des
Ringträgers 1 angefügt ist.