DE10218999A1

DE10218999A1 - Kolben mit Ringträger und Formkühlkanal

Info

Publication number: DE10218999A1
Application number: DE2002118999
Authority: DE
Inventors: Walter Braunauer
Original assignee: KS Kolbenschmidt GmbH
Current assignee: KS Kolbenschmidt GmbH
Priority date: 2002-04-27
Filing date: 2002-04-27
Publication date: 2003-11-13
Anticipated expiration: 2022-04-28
Also published as: DE10218999B4

Abstract

Kolben (4) mit einem Ringträger (1) und einem radial umlaufenden Kühlkanal (6), wobei der Kühlkanal (6) durch einen löslichen Kern (2) herstellbar ist, wobei erfindungsgemäß vorgesehen ist, daß der Kühlkanal (6) in Richtung des Ringträgers (1) zumindest zwei lokale Ausbuchtungen (7) aufweist, wobei der lösliche Kern (2) Ausbuchtungen (3) aufweist und vor dem Gießen des Kolbens (4) koaxial in den Ringträger (1) eingesetzt und dort mit seinen Ausbuchtungen (3) lagefixiert wird.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kolben mit einem Ringträger und einem radial umlaufenden Kühlkanal gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.

Kolben für Brennkraftmaschinen, bei denen im Kolbenboden ein radial umlaufender Kühlkanal angeordnet ist, sind bekannt. In diesem Kühlkanal zirkuliert ein Kühlmedium, insbesondere Motoröl, um den Kolbenboden zu kühlen, um damit höhere Verbrennungsdrücke und Verbrennungstemperaturen realisieren zu können.

Zur Herstellung eines solchen Kühlkanales sind schon verschiedene Maßnahmen vorgeschlagen worden. Zum einen ist es bekannt, einen löslichen Kern zu verwenden, der über Befestigungsmittel, insbesondere Pinolen, auf einem Gießkern der Gießform aufgesteckt und anschließend mit Gießschmelze umgeben wird. Nach dem Erstarren der Gießschmelze wird zumindest eine Bohrung vom Innenbereich des Kolbens in Richtung des löslichen Kernes eingebracht und dieser ausgespült. Bei dieser Anordnung ist der durch den löslichen Kern hergestellte Kühlkanal beabstandet zu einem radial umlaufenden Ringträger, der Bestandteil des späteren Ringfeldes des Kolbens ist. Diese Beabstandung ist erforderlich, um die Festigkeit des Kolbenbodens gewährleisten zu können. Denn wenn der lösliche Kern vollständig radial umlaufend vor dem Gießen des Kolbens innen an dem Ringträger anliegen würde, käme es zu keiner ausreichenden Verbindung zwischen dem Material des Ringträgers und des Kolbenbodens, wodurch dieser geschwächt würde.

Als Alternative hierzu steht die Möglichkeit zur Verfügung, daß zur Bildung des Kühlkanales ein radial umlaufendes Kühlkanalblech innen an dem Ringträger angeformt wird. Der im Zusammenspiel mit den radialen Innenflächen des Ringträgers und dem Kühlkanalblech gebildete Kühlkanal wird ebenfalls vom Inneren des Kolbens nach dessen Gießen angebohrt. Hierbei entstehen aber auch verschiedene Probleme. Einerseits muß das an dem Ringträger angeformte Kühlkanalblech einen vollständig geschlossenen Kühlkanal vor dem Gießen bilden, damit in diesen Raum keine Gießschmelze eindringen kann. Dies erfordert eine aufwendige und damit kostenintensive Herstellung und Dichtheitsprüfung des Ringträgers mit angeformten Kühlkanalblech. Andererseits passiert es beim Anbohren vom Innenbereich des Kolbens in Richtung des Kühlkanales, daß aufgrund unterschiedlicher Materialien (Kolbenboden einerseits und Kühlkanalblech andererseits), daß Grate entstehen, die in den Kühlkanal und damit in den Kühlmediumfluß gelangen können. Dadurch kann es zu Beeinträchtigungen, bis hin zum Ausfall, des Betriebes der Brennkraftmaschine kommen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Kolben mit einem Ringträger und einem radial umlaufenden Kühlkanal bereitzustellen, bei dem einerseits die Herstellung des Kühlkanales einfach und gleichzeitig die Kühlleistung für den Kolbenboden wesentlich verbessert ist.

Diese Aufgabe ist durch die Merkmale des Patenanspruches 1 gelöst.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß der Kühlkanal in Richtung des Ringträgers zumindest zwei, vorzugsweise drei, lokale Ausbuchtungen aufweist, wobei der lösliche Kern korrespondierende Ausbuchtungen aufweist und vor dem Gießen des Kolbens koaxial in den Ringträger eingesetzt und dort mit seinen Ausbuchtungen lagefixiert wird. Aufgrund dessen kann einerseits zur Herstellung des Kühlkanales ein löslicher Kern verwendet werden, der keine Probleme beim Anbohren zum Ausspülen des Kernmaterials mit sich bringt. Zusätzlich kann eine eigenständige Lagefixierung des lösllichen Kernes an dem Gießkern entfallen, da der lösliche Kern mit seinen Ausbuchtungen in den Ringträger eingesetzt und dort lagefixiert wird. Daher ist nur noch das Einsetzen des Ringträgers in die Gießform, verbunden mit einer entsprechenden Lagefixierung, erforderlich. Andererseits wird durch die lokale Anlage des löslichen Kernes an dem Ringträger die Wirkung erzielt, daß auch der Kühlkanal partiell an dem Ringträger anliegt, um die Kühlleistung zu erhöhen. Da die zwischen den Ausbuchtungen liegenden Bereiche nicht an dem Ringträger anliegen, wird auch der Kolbenboden nicht geschwächt, so daß die erforderliche Festigkeit gewährleistet ist.

Der Ringträger wird alfiniert und nach dem Einsetzen des löslichen Kernes in den alfinierten Ringträger kann dieses Bauteil in die Gießform eingesetzt und mit Gießschmelze umgeben werden.

Insgesamt verbessert sich also die Kühlleistung durch teilweise örtliche Annäherung des Kühlmediums an den Ringträger (insbesondere die erste Ringnut) bis gleichzeitiger Optimierung der abgeführten Wärmemenge durch vergrößerte Oberfläche (Ausbuchtungen) und wirksames Kühlmediumvolumen.

In Weiterbildung der Erfindung besteht der lösliche Kern aus einem elastisch verformbaren Material. Dies hat den Vorteil, daß der lösliche Kern unter geringer Krafteinwirkung in den Ringträger eingesetzt werden kann, ohne daß es zu einem Brechen des Kernes kommt. Dadurch wird die Prozeßsicherheit deutlich erhöht und eine Ausschußquote deutlich verringert.

In Weiterbildung der Erfindung weist der Kühlkanal in Richtung der Kolbenhubachse zumindest eine Ausbuchtung auf. Diese zumindest eine Ausbuchtung, die radial umlaufend auch als Wellenform ausgebildet sein kann, hat den Vorteil, daß eine vergrößerte Oberfläche im Kolbenboden zur Kühlung desselben zur Verfügung steht.

In Weiterbildung der Erfindung entsprechen die Bereiche des Ringträgers, an denen der lösliche Kern mit seinen Ausbuchtungen an dem Ringträger anliegt, weitestgehend den Ausbuchtungen. Dadurch ist ein einfaches Einsetzen des löslichen Kernes und seine Lagefixierung in dem Ringträger gegeben. In besonders vorteilhafter Weise sind die Bereiche, über die der lösliche Kern in den Ringträger eingeführt wird, abgerundet, um ein leichtes Einsetzen zu realisieren und ein Auseinanderbrechen des löslichen Kernes zu vermeiden.

Eine beispielhafte Ausführung der Erfindung, auf die diese jedoch nicht beschränkt ist, ist im folgenden beschrieben und anhand der Figuren erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Ringträger mit eingesetztem löslichem Kern,
Fig. 2 Schnitt durch einen Kolbenboden mit Kühlkanal.
Fig. 1 zeigt einen Ringträger 1, der in an sich bekannter Weise, zum Beispiel durch Gießen oder Drehen, hergestellt worden ist. Innerhalb dieses Ringträgers 1 ist koaxial ein löslicher Kern 2 eingesetzt, wobei dieser lösliche Kern 2 radial umlaufend mehrere Ausbuchtungen 3 aufweist, wobei der lösliche Kern 2 über die Scheitelpunkte der Ausbuchtungen 3 innerhalb des Ringträgers 1 eingesetzt und dort lagefixiert ist. Dadurch, daß der lösliche Kern radial umlaufend nur partiell an dem Ringträger 1 anliegt, wird er einerseits dort gehalten, wobei in die Zwischenbereiche zwischen Ringträger 1 und löslichem Kern 2 beim Gießen des Kolbens Gießschmelze gelangen kann, so daß dadurch die Stabilität erhöht wird. Eine weitere Erhöhung findet dadurch statt, daß nach dem Einsetzen des löslichen Kernes 2 in den Ringträger 1 dieses einteilige Bauteil alfiniert wird.
Fig. 2 zeigt ausschnittsweise einen Kolben 4, wobei ein Kolbenboden 5 dargestellt ist, der einen radial umlaufenden Kühlkanal 6 aufweist. Nach dem Gießen des Kolbens 4 weist der Kühlkanal 6 den Ausbuchtungen 3 des löslichen Kernes 2 entsprechende Ausbuchtungen 7 auf, so daß im Bereich dieser Ausbuchtungen 7 das in dem Kühlkanal 6 zirkulierende Kühlmedium bis an den Ringträger 1 heranreicht und diesen dort kühlen kann. Da die Ausbuchtungen 7 des fertigen Kühlkanales 6 den Ausbuchtungen 3 des löslichen Kernes 2 entsprechen, ist in Fig. 2 erkennbar, daß die Bereiche des Ringträgers 1, an denen der lösliche Kern 2 mit seinen Ausbuchtungen 3 an dem Ringträger 1 anliegt, den Ausbuchtungen 3 weitestgehend entsprechen. Insbesondere sind diese Anlagebereiche in Hohlkehlenform gebildet ist.
Weiterhin ist in Fig. 2 gezeigt, daß vom Inneren des Kolbens 4 (nach dem Gießen) zumindest eine Bohrung 8 in Richtung des Kühlkanales 6 eingebracht wird, um das dort noch befindliche Material des löslichen Kernes 2 auszuspülen. Nach dem Ausspülen steht dann der radial umlaufende Kühlkanal 6 zur Verfügung.
Dieser Kühlkanal 6 kann noch zumindest eine, insbesondere mehrere Ausbuchtungen 9 aufweisen, die radial umlaufend auch in Wellenform ausgestaltet sein können. Dieser Ausbuchtungen 9 erstrecken sich in Richtung einer Kolbenhubachse 10 und vergrößern somit die für das Kühlmedium wirksame Oberfläche, um insbesondere den Bereich des Kolbenbodens 5 (bei Betrachtung der Fig. 2) oberhalb des Kühlkanales 6 zu kühlen.
Der Vollständigkeit und Wichtigkeit halber sei noch darauf hingewiesen, daß bei Betachtung der Fig. 2 der radial umlaufende Kühlkanal 6 in Bezug auf seine Höhe etwas unterhalb des Ringträgers 1 angeordnet ist, so daß sich die Ausbuchtungen 3 des löslichen Kernes 2 bzw. des nach dem Gießen fertigen Kühlkanales 6 und die Ausbuchtungen 7 in etwa schräg in Richtung des Ringträgers 1 erstrecken.

Claims

1. Kolben (4) mit einem Ringträger (1) und einem radial umlaufenden Kühlkanal (6), wobei der Kühlkanal (6) durch einen löslichen Kern (2) herstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkanal (6) in Richtung des Ringträgers (1) zumindest zwei lokale Ausbuchtungen (7) aufweist, wobei der lösliche Kern (2) Ausbuchtungen (3) aufweist und vor dem Gießen des Kolbens (4) koaxial in den Ringträger (1) eingesetzt und dort mit seinen Ausbuchtungen (3) lagefixiert wird.

2. Kolben (4) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der lösliche Kern (2) aus einem elastisch verformbaren Material besteht.

3. Kolben (4) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkanal (6) in Richtung der Kolbenhubachse (10) zumindest eine Ausbuchtung (9) aufweist.

4. Kolben (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bereiche des Ringträgers (1), an denen der lösliche Kern (2) mit seinen Ausbuchtungen (3) an dem Ringträger (1) anliegt, den Ausbuchtungen (3) weitestgehend entsprechen.