DE19649363A1 - Verfahren zur Herstellung einer Kolbeneinheit für einen Verbrennungsmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Kolbeneinheit für einen Verbrennungsmotor, insbesondere einer Kolbeneinheit, die eine ringförmi­ ge Passage besitzt, die unter Verwendung eines Schmelzkerns hergestellt wurde.

Bei einer herkömmlichen Kolbeneinheit für einen Verbrennungsmotor wird der Kolben erhitzt. Daher besteht eine gewisse Möglichkeit, daß der Ring stecken bleibt und ein Kolbenring beschädigt werden kann. Der Kolben hat eine ring­ förmige Ölpassage in dem oberen Bereich des Kolbens, um zu verhindern, daß der Ring steckenbleibt oder der Kolbenring beschädigt wird.

Ein Verfahren zur Herstellung einer Kolbeneinheit ist beispielsweise in der japanischen Patentan­ meldung Nr. 4 (1992)-26930 und der japanischen Gebrauchsmusteranmeldung Nr. 7 (1995)-23560 offenbart.

In der japanischen Patentanmeldung Nr. 4 (1992)-26930 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Kolbeneinheit offenbart, bei dem ein dreistückiger Formkern verwendet wird. Als Formkerne werden dabei ein zentraler Kern und ein Paar von Seitenkernen eingesetzt. Der zentrale Kern hat zwei Haltestifte, um einen ringförmigen Schmelzkern zu halten. Der Schmelzkern ist aus Salz gebildet. Ein wesentlicher Anteil an geschmolzener Aluminiumlegierung strömt in die Hohl­ räume und verfestigt sich, und nachdem dann die Schmelzkerne und die Halte­ stifte herausgezogen werden, wird der Schmelzkern aufgelöst. Wenn die Halte­ stifte herausgezogen werden, besitzt der Kolben zwei Verbindungsöffnungen zwischen der ringförmigen Ölpassage und dem Innenraum des Kolbens. Die Verbindungsöffnungen werden zur Zirkulation des Öls eingesetzt. Die Positionen der Verbindungsöffnungen entscheiden jedoch, wo die Haltestifte plaziert wer­ den. Zusätzlich müssen die Haltestifte in dieselbe Richtung plaziert sein wie die Richtung, in der die Gußform herausgezogen wird. Daher ist es sehr schwierig eine Vielzahl von Verbindungsöffnungen in geeigneten Positionen herzustellen.

In der japanischen Gebrauchsmusteranmeldung Nr. 7 (1995)-23560 ist ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung einer Kolbeneinheit offenbart. Die Kolbeneinheit hat eine Stahlverstrebung, die den äußeren Durchmesser des Kolbens an einer Wärmeausdehnung hindert. Die Stahlverstrebung hat vier Stützelemente, um einen Schmelzkern zu halten. Es strömt eine geschmolzene Aluminiumlegierung in die Hohlräume und verfestigt sich, und nachdem Verbindungsöffnungen von dem Innenraum des Kolbens zu dem Schmelzkern gebohrt wurden, wird der Schmelzkern geschmolzen. Die Kolbeneinheit hat vier Stützteile, die an der Stahlverstrebung angeordnet sind. Daher ist die Anzahl an Teilen durch die Stahlverstrebung erhöht, was es teuer macht, die Kolbeneinheit herzustellen.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer Kolbeneinheit für einen Verbrennungsmotor zu schaffen, bei dem die oben genannten Nachteile vermieden werden.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren gemäß dem Anspruch 1 gelöst. Ent­ sprechend der vorliegenden Erfindung umfaßt das Verfahren zur Herstellung einer Kolbeneinheit für einen Verbrennungsmotor die Schritte des Einklemmens eines Schmelzkerns in einen Hohlraum einer Kolbenform, wobei der Schmelz­ kern einen inneren Ring, der eine ringförmige Passage innerhalb eines Kolben­ körpers bildet, einen äußeren Ring und eine Vielzahl an Verbindungsbereichen, die zwischen dem inneren Ring und dem äußeren Ring verbunden sind, aufweist, das Gießen einer geschmolzenen Metallegierung in die Hohlräume und deren Verfestigung darin, Entfernen des äußeren Rings von dem Schmelzkern, Ausfül­ len des entfernten Raums mit Verstärkungsmaterial und anschließendem Auflö­ sen des inneren Rings und der Verbindungsbereiche des Schmelzkerns.

Die vorgenannten und weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende detaillierte Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbei­ spielen offensichtlicher werden, wenn sie mit Bezug auf die beigefügten Zeich­ nungen betrachtet werden, wobei:

Fig. 1 eine Schnittansicht einer Kolbeneinheit für einen Verbrennungsmotor ist, die durch ein Verfahren entsprechend der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde;

Fig. 2 eine Schnittansicht von Gußformen entsprechend der vorliegenden Er­ findung ist;

Fig. 3 eine Draufsicht auf einen Schmelzkern entsprechend der vorliegenden Erfindung ist, und

Fig. 4 eine Schnittansicht entlang der Linie A-A in Fig. 3 ist.

Mit Bezug auf Fig. 1 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kolbeneinheit für einen Verbrennungsmotor gezeigt, das durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt ist.

Die Kolbeneinheit 10 ist aus eine Aluminiumlegierung hergestellt. An dem obe­ ren Bereich der Außenseite des Kolbens 10 sind eine oberste Ringnut 11, eine zweite Ringnut 12 und eine Ölringnut 13 angeordnet. Diese Ringnuten 11, 12 und 13 sind durch ein Rillenschneidwerkzeug gebildet. Die oberste Ringnut 11 ist an einem Ringbereich 25 gebildet. Der Ringbereich 25 ist aus einem verstärkten Material, beispielsweise aus einer auf Fe basierenden Legierung oder einer auf Fe-Gr-C basierenden Legierung, gebildet. An dem oberen Bereich der Kolbenein­ heit 10 ist ein Hohlraum 14 gebildet, und ein hohles zylinderförmiges Vor­ sprungsteil 15 ist nach unten ausgebildet. Das Vorsprungsteil 15 hat ein offenes Ende in dem Bodenbereich, und in dem Vorsprungsteil 15 ist ein Innenraum 27 gebildet. Die gegenüberliegenden Seiten des Vorsprungsteils 15 besitzen ein Paar von verdickten Bereichen 17, die einander zugewandt sind. Die dicken Bereiche haben jeweils Verbindungslöcher 16.

In dem oberen Bereich der Kolbeneinheit 10 ist eine ringförmige Passage 18 ge­ bildet. Die ringförmige Passage 18 ist mit einer Eintrittspassage 19 und einer (nicht dargestellten) Austrittspassage für Öl verbunden. Das Öl strömt durch die Eintrittspassage 19 für das Öl, die ringförmige Passage 18 und die Austrittspas­ sage für das Öl und kühlt die Kolbeneinheit 10.

Das Verfahren zur Herstellung der oben beschriebenen Kolbeneinheit 10 der vorliegenden Erfindung wird nun erläutert.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, ist der Hohlraum der Kolbeneinheit 10 durch zwei seitli­ che Gußformen 20, 21, einer oberen Gußform 22 und einem Formkern 23 gebil­ det. Der Formkern 23 ist in eine Vielzahl von Kernen (nicht gezeigt) zum Her­ ausziehen geteilt.

Wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt ist, besteht ein Schmelzkern 24 aus einem inne­ ren Ring 24a, der die ringförmige Passage 18 bildet, einem äußeren Ring 24c, der konzentrisch zu dem inneren Ring 24a angeordnet ist, und drei Verbindungsbe­ reichen 24b. Die Verbindungsbereiche 24b sind mit dem inneren Ring 24a und dem äußeren Ring 24c verbunden. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, sind drei Verbin­ dungsbereiche 24b vorgesehen, aber man ist nicht auf die Anzahl drei be­ schränkt. Es sollten jedoch mindestens drei Verbindungsbereiche vorgesehen werden. Die Verbindungsbereiche 24b sind in denselben Abständen um die Au­ ßenseite des inneren Rings 24a (die Innenseite des äußeren Rings 24c) angeord­ net. Der Schmelzkern 24 ist durch Sintern geformt, nachdem Salz gepreßt wurde oder nachdem geschmolzenes Salz in den Hohlraum gegossen wurde und es sich verfestigt hat.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, wird der innere Ring 24a während der Herstellung der Kolbeneinheit 10 in dem oberen Bereich der Kolbeneinheit 10 positioniert. Der äußere Ring 24c des Schmelzkerns 24 wird zwischen die seitlichen Gußformen 20 und 21 und der oberen Gußform 22 eingeklemmt. Die obere und untere Oberflä­ che des äußeren Rings 24c sind kegelförmig ausgebildet und haben ausgerichtete Oberflächen. Die kegelförmigen Oberflächen verdicken den äußeren Ring 24c von seinem Innenbereich zu seinem Außenbereich. Die ausgerichteten Oberflächen sind an dem äußeren Ende des äußeren Rings 24c positioniert, um zwischen den seitlichen Gußformen 20 und 21 und der oberen Gußform 22 eingeklemmt zu werden.

Nachdem der Schmelzkern 24 zwischen die seitlichen Gußformen 20 und 21 und die oberen Gußformen 22 eingeklemmt wurde, wird eine geschmolzene Alumini­ umlegierung in den Hohlraum eingegossen. Die geschmolzene auf Aluminium basierende Legierung wird darin gekühlt, um die Kolbeneinheit 10 zu verfesti­ gen. Nach der Verfestigung werden die seitlichen Gußformen 20 und 21 nach links und nach rechts in der Fig. 2 bewegt und die obere Gußform 22 und der Schmelzkern 23 werden nach oben bzw. unten bewegt.

Als nächstes werden der äußere Ring 24c oder der äußere Ring 24c zusammen mit den Verbindungsbereichen 24b entfernt. Dies bildet einen neu geschaffenen Raum, der ein ringförmiger Hohlraum 26 ist, dessen Querschnitt als eine V- förmige Rille ausgebildet ist. Wenn die Verbindungsbereiche 24b nicht mit dem äußeren Ring 24c entfernt werden, ist es möglich, sie durch Spritzen mit Hoch­ druckwasser von dem ringförmigen Hohlraum 26 herauszulösen.

Der ringförmige Hohlraum 26 wird mit einem Verstärkungsmaterial gefüllt, um einen Verstärkungsring zu bilden. Der Verstärkungsring verhindert, daß der er­ ste Ring durch die Hitze herausgleitet. Das Verfahren zum Füllen ist Schweißen oder ein Beschichten. Das Verstärkungsmaterial ist eine auf Fe basierende Legie­ rung oder eine auf Fe-Cr-C basierende Legierung. Es besteht daher kein Bedarf, den Verstärkungsring zu schneiden oder zu schleifen.

Ferner werden die Eintrittspassage 19 und die Austrittspassage für das Öl von dem Innenraum 27 gebohrt. Die Eintrittspassage 19 und die Austrittspassage für das Öl sind in einer geeigneten Position für das Kühlöl, das durch die ringförmi­ ge Passage 18 strömt. Das Hochdruckwasser spritzt bzw. trifft auf den inneren Ring 24a durch die Eintrittspassage 19 und die Austrittspassage für das Öl. Durch das Hochdruckwasser wird der innere Ring 24a aufgelöst und die ring­ förmige Passage 18 wird gebildet.

Zuletzt werden die erste Ringnut 11, die zweite Ringnut 12 und die Ölringnut 13 an der äußeren Oberfläche der Kolbeneinheit 10 herausgeschnitten, und die äu­ ßere Oberfläche der Kolbeneinheit wird geschliffen.

Claims (6)

1. Verfahren zur Herstellung einer Kolbeneinheit für einen Verbrennungsmo­ tor, das die folgenden Schritte umfaßt:

• a) Einklemmen eines Schmelzkerns (24) in einen Hohlraum einer Guß­ form (20, 21, 22, 23) für einen Kolben, wobei der Schmelzkern (24) ei­ nen inneren Ring (24a), der eine ringförmige Passage (18) innerhalb des Kolbenkörpers bildet, einen äußeren Ring (24c) und eine Vielzahl von Verbindungsbereichen (24b), die mit dem inneren Ring (24a) und dem äußeren Ring (24c) verbunden sind, aufweist;
• b) Eingießen einer geschmolzenen Metallegierung in den Hohlraum und Verfestigung darin;
• c) Entfernen des äußeren Rings (24c) des Schmelzkerns (24) davon;
• d) Ausfüllen des geschaffenen Raums mit einem Verstärkungsmaterial, und
• e) Auflösen des inneren Rings (24a) und der Verbindungsbereiche (24b) des Schmelzkerns (24).

2. Verfahren zur Herstellung einer Kolbeneinheit für einen Verbrennungsmo­ tor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzkern (24) aus einem Körper gebildet ist.

3. Verfahren zur Herstellung einer Kolbeneinheit für einen Verbrennungsmo­ tor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzkern (24) aus Salz gebildet ist.

4. Verfahren zur Herstellung einer Kolbeneinheit für einen Verbrennungsmo­ tor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzkern (24) an dem äußeren Ende der Oberfläche des äußeren Rings (24c) festge­ klemmt wird.

5. Verfahren zur Herstellung einer Kolbeneinheit für einen Verbrennungsmo­ tor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Oberfläche des äußeren Rings (24c) des Schmelzkerns (24) kegelförmig aus­ gebildet ist.

6. Verfahren zur Herstellung einer Kolbeneinheit für einen Verbrennungsmo­ tor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des äuße­ ren Endes des äußeren Rings (24c) größer als die Dicke des inneren Endes des äußeren Rings (24c) ist.