DE1143083B - Verfahren zum Erzeugen eines ringfoermigen Hohlraumes fuer das Kuehlmittel im Kopf von Leichtmetallkolben - Google Patents

Description

Für mechanisch und thermisch hochbelastete Dieselmotoren sind gepreßte Leichtmetallkolben erwünscht, die im Bereich der Ringzone eine intensive Kühlung aufweisen. Die Anordnung einer Kühlung ist bei größeren Kolben, also bei solchen mit einem Durchmesser von etwa 200 mm und mehr, empfehlenswert.

Um den Kühlmittelraum im Kopf gepreßter Leichtmetallkolben herzustellen, wird in der Regel von der Brennraumseite her durch spanlose Bearbeitung eine ringförmig verlaufende Ausnehmung im Kolbenkopf vorgesehen, deren Tiefe bis hinter die Ringzone reicht. Das Verschließen eines solchen Ringraumes kann dadurch erfolgen, daß der Kolbenkörper durch einen konischen Ring gepreßt oder gezogen und der vom Kühlmittelraum nach außen verbleibende Spalt verschweißt wird. Eine Fuge ist jedoch im Kolbenkopf unerwünscht, weil sie sich nicht immer mit Sicherheit abdichten läßt.

Nach einem älteren, nicht vorbekannten Vorschlag wird die bekannte Maßnahme des Aufweitens zur Herstellung des Ringkanals angewendet. Hierbei wird von einem Gußrohling ausgegangen. In diesem wird ein dünner massiver Einlagering von gleicher Höhe wie der endgültige Rohling eingegossen, beispielsweise in Form eines Glasbandes, und nach dem Gesenkpressen der Spalt zwischen Einlagering und Kolbenwerkstoff mittels eines Fluidums aufgeweitet.

Hierdurch wird zwar erreicht, daß der Einlagering während des Preßvorganges seine Lage beibehält und damit auch die richtige Lage des Kühlmittelringraumes gleichmäßig eingehalten werden kann. Es erfolgt jedoch nur eine Verknetung des Gußstückes in einer einzigen Richtung. Es ist aber, zumal bei Kolben für hohe Beanspruchungen, eine Durchknetung in mindestens zwei quer zueinander verlaufenden Richtungen erwünscht, wie es beim Kolbenschmieden ohne Einlagering bekannt ist. Hierbei erfährt der Preßling jedoch eine beträchtliche Änderung seines Durchmessers. Es wäre daher schwierig, den ringförmigen Fremdkörper, wie z. B. ein Glasband, beim Eingießen so anzuordnen, daß später der Kühlmittelraum an der vorbestimmten Stelle entsteht. Für das betriebssichere Arbeiten des gekühlten Leichtmetallkolbens ist es aber eine unerläßliche Forderung, daß der Kühlkanal genau hinter und über der Ringzone im Kolbenkopf verläuft und genau bemessen ist.

Erfindungsgemäß wird zur Erzielung eines in verschiedenen quer zueinander verlaufenden Richtungen verkneteten Preßlings vorgeschlagen, daß der Guß- · rohling zunächst in mindestens zwei quer zueinander verlaufenden Richtungen zu einem Vorpreßling ver-Verfahren zum Erzeugen eines ringförmigen Hohlraumes für das Kühlmittel

im Kopf von Leichtmetallkolben

Anmelder:
Karl Schmidt G.m.b.H.,

Neckarsulm (Württ.),
Christian-Schmidt-Str. 10

Paul Wittstock, Heilbronn,
ist als Erfinder genannt worden

knetet und in diesen von dem später den Schaft bildenden Ende her eine ringförmige Ausnehmung eingearbeitet wird, deren Grundteil als vorgebildeter Ringkanal mit dem Füllstoff versehen und über diesem durch Verschweißen oder Metallaufsprühen verschlossen wird, worauf das Gesenkschmieden und danach das Fertigstellen des Ringraumes durch Aufweiten und/oder Entfernen des Füllstoffes erfolgt.

Unter dem später den Schaft bildenden Endbereich des Vorpreßlings, in den die Ausnehmung eingearbeitet werden soll, ist dessen betreffende Stirnseite und/oder ein anschließender Bereich der Mantelfläche zu verstehen, die insbesondere bei längeren Kolben für den Einstich herangezogen werden kann.

Die Herstellung der ringförmigen Ausnehmung kann spangebend oder durch Schmieden oder Pressen erfolgen. Der in den Ringkanal einzubringende Füllstoff muß naturgemäß so beschaffen sein, daß er als Trennmittel wirksam ist, so daß er beim nachfolgenden Schmieden nicht mit dem Kolbenwerkstoff verschweißt. Sein Schmelzpunkt muß ferner unterhalb dem der Leichtmetall-Legierung des Kolbenvorpreßlings liegen. Er kann auch herausgeätzt werden. Das Verformen eines Körpers durch Pressen. Strangpressen usw. mit von herausätzbaren oder ausschmelzbaren Stoffen ausgefüllten Hohlräumen, deren Lagen und Querschnitte so bemessen sind, daß die Hohlräume nach der Verformung bestimmte Lagen oder Querschnitte haben, ist an sich nicht neu.

Das Verschließen der zu dem Richtkanal führenden Ausnehmung erfolgt durch Schweißen, vorzugsweise durch Argon- oder Helium-Lichtbogenschweißung. Gegebenenfalls kann der Zugang zu dem

EOS 507/108

Ringkanal, also der äußere Teil der ringförmigen Ausnehmung, auch noch durch Metallspritzen verschlossen werden, wobei darauf zu achten ist, daß der gleiche Werkstoff benutzt wird, der dem Kolbenvorpreßling eigen ist. Bei der Durchführung dieses Sprühverfahrens ist in an sich bekannter Weise darauf zu achten, daß die aufgespritzte Schicht frei von Oxydeinschlüssen bleibt und die an der Oberfläche entstehende Oxydhaut durch mechanische Bearbeitung entfernt wird.

Nunmehr erfährt der Kolbenvorpreßling ein Ausschmieden zu einem Kolbenrohling, indem er in ein Gesenk so eingelegt wird, daß die Schweißnaht bzw. die aufgespritzte Schicht nicht in den Bereich des späteren Kolbenbodens gelangt, sondern entgegengesetzt der Brennraumseite zu liegen kommt. Das Gefüge der Schweißnaht bzw. der aufgespritzten Schicht muß ferner während des Ausschmiedens einer möglichst starken Durchknetung unterworfen werden. Beim Gesenkpressen gelangt die Schweißnaht in die Zone des Kolbenschaftes unterhalb der Ringpartie, so daß ihr Vorhandensein keine nachteiligen Folgen hat. Zum Aufweiten wird der Kolbenrohling in eine passende Form bei erhöhter Temperatur eingesetzt, die nur an bestimmten Stellen das Herauswachsen des Kolbenwerkstoffes gestattet. Eine solche Aufweitung erübrigt sich jedoch, wenn der Hohlraum von Anfang an genügend bemessen und mit einer entsprechend großen Menge an Füllstoff versehen wird.

Zur Durchführung des Verfahrens hat es sich auch als zweckmäßig erwiesen, von einem Kolbenvorpreßling auszugehen, der einen geringeren Durchmesser aufweist als der durch das Gesenkpressen erzeugte Kolben. Auf diese Weise gelingt es, die Breite des Ringraumes entsprechend der sich einstellenden Durchmesseraufweitung zu verkleinern.

Die Abb. 1 bis 5 veranschaulichen die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Sie zeigen Längsschnitte der einzelnen aufeinanderfolgenden Herstellungsstufen.

Dem ursprünglichen Gußrohling wird durch mehrfaches Durchkneten die mit 1 bezeichnete Vorform gegeben. Der so erlangte Körper ist der Vorpreßling. Er erhält unter Anwendung spangebender Werkzeuge eine von der oberen Stirnseite ausgehende ringförmige Ausnehmung 3, die sich nach außen erweitert. Am Grunde dieser Ausnehmung wird ein Füllstoffring 2 eingebracht und darüber der obere Teil der ringförmigen Ausnehmung 3 dann zugeschweißt. Das Verschließen kann auch durch Aufspritzen einer Leichtmetall-Legierung erfolgen, die mit dem Werkstoff des Kolbens gleichartig ist.

Das Profil des Füllstoffringes 2 kann nach Bedarf gewählt werden. Ebenso besteht die Möglichkeit, den Zugang zu diesem Raum auch von der der Stirnseite benachbarten Zone der Mantelfläche des Vorpreßlings aus herauszuarbeiten.

Der Vorpreßling 1 wird gemäß Abb. 2 in ein Gesenk 4 gebracht, dessen Durchmesser vorzugsweise größer als derjenige des Vorpreßlings ist, und durch den Druck eines Preßstempels 5 so verformt, daß der Werkstoff zwischen Stempel und Gesenk hochfließt. Die Abb. 2 zeigt ein Zwischenstadium; jedoch muß der Vorgang nicht unbedingt in mehrere Stufen aufgegliedert werden. Der Kolben kann auch in einem einzigen Preßvorgang aus dem Vorpreßling geschmiedet werden.

In Abb. 3 ist der fertiggepreßte Kolben gezeigt. Entsprechend der Zunahme des Außendurchmessers des Kolbens gegenüber dem Vorpreßling hat auch der Füllstoifring einen größeren Durchmesser erlangt. Da das Volumen des Füllstoffringes gleichgeblieben ist, wird mit der durch das Gesenkpressen bewirkten Durchmesseränderung auch der Querschnitt des Füllstoffringes geändert, nämlich seine Dicke verringert. Der Werkstoff des Füllstoffringes 2 wird nach Anbohren des von ihm eingenommenen Raumes entfernt, z. B. durch Ausschmelzen oder Ausätzen. Auf diese Weise entsteht ein Ringkanal 6 (vgl. Abb. 4).

Der so entstandene Kolben wird dann auf einen bestimmten Außendurchmesser abgedreht und erhält hierbei auch noch eine Ringnut 7. Darauf wird das Werkstück in eine Form 8 eingesetzt.

Wenn der Ringkanal 6 nunmehr, vorzugsweise hydraulisch, aufgeweitet wird, so verschwindet die Ringnut 7, und es entsteht der nunmehr zur spangebenden Fertigbearbeitung vorbereitete Kolben mit dem Ringkanal 6. Abb. 5 zeigt diesen am fertigbearbeiteten Kolben in einem Bereich des Kolbenkopfes hinter den Nuten für die Dichtungsringe 10. Die ursprüngliche, durch Schweißen oder Sprühen verschlossene Ausnehmung des Vorpreßlings liegt im Schaft und damit in einem Bereich, der vom Kolbenboden abgewendet ist.

Claims (2)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zum Erzeugen eines ringförmigen Hohlraumes für das Kühlmittel hinter den Nuten für die Dichtungsringe im Kopf von Leichtmetallkolben für Brennkraftmaschinen, die, ausgehend von Gußrohlingen, im Gesenk gepreßt werden, wonach gegebenenfalls der mit einem Füllstoff versehene Raum für das Kühlmittel mittels eines Fluidums aufgeweitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Gußrohling zunächst in mindestens zwei quer zueinander verlaufenden Richtungen zu einem Vorpreßling verknetet und in diesen vom später den Schaft bildenden Ende her eine ringförmige Ausnehmung (3) eingearbeitet wird, deren Grundteil als vorgebildeter Ringkanal mit einem Füllstoff versehen und über diesen durch Verschweißen oder Metallaufsprühen verschlossen wird, worauf das Gesenkschmieden und in der Folge das Entfernen des Füllstoffes und/oder Aufweiten erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß von einem Kolbenvorpreßling ausgegangen wird, der einen geringeren Durchmesser als der durch das Gesenkpressen erzeugte Kolben hat.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA .-Patentschrift Nr. 2 628 417;
»Aluminium«, April 1943. S. 170.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 1 127 181.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

O :09 507/108 1.63