DE19649363C2

DE19649363C2 - Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung einer Kolbeneinheit für einen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE19649363C2
Application number: DE19649363A
Authority: DE
Inventors: Hiromu Niimi; Yasuhiro Kawabata; Soichi Hara; Tomohiro Sawada
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 1995-11-30
Filing date: 1996-11-28
Publication date: 1999-01-28
Anticipated expiration: 2016-11-29
Also published as: DE19649363A1; JPH09151786A; US5737838A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung einer Kolbeneinheit für einen Verbrennungsmotor, insbesondere einer Kolbeneinheit, die eine ringförmige 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 Haltes tifte herausgezogen werden, wird der Schmelzkern aufgelöst. Wenn die Haltes tifte 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, eine Vorrichtung und ein Ver fahren zur Herstellung einer Kolbeneinheit für einen Verbrennungsmotor zu schaffen, bei dem die oben genannten Nachteile vermieden werden.

Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und einem Ver fahren gemäß Anspruch 7 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offen bart.

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 Schmelzkern einen inneren Ring, der eine ringförmige Passage innerhalb eines Kolbenkörpers bildet, einen äußeren Ring und eine Vielzahl an Ver bindungsbereichen, die zwischen dem inneren Ring und dem äußeren Ring ver bunden sind, aufweist, das Gießen einer geschmolzenen Metallegierung in die Hohlräume und deren Verfestigung darin, Entfernen des äußeren Rings von dem Schmelzkern, Ausfüllen des entfernten Raums mit Verstärkungsmaterial und anschließendem Auflösen des inneren Rings und der Verbindungsbereiche des Schmelzkerns.

Die vorgenannten und weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende detaillierte Beschreibung von bevorzugten Ausführungs beispielen offensichtlicher werden, wenn sie mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen 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 einer Aluminiumlegierung hergestellt. An dem oberen 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-Cr-C basierenden Legierung, gebildet. An dem oberen Bereich der Kolbenein heit 10 ist ein Hohlraum 14 gebildet, und ein hohles zylinderförmiges Vorsprung steil 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 ha ben 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.

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 ge bildet. Der Formkern 23 ist in eine Vielzahl von Kernen (nicht gezeigt) zum Herausziehen geteilt.

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.

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 Hochdruckwasser 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 Le gierung oder eine auf Fe-Cr-C basierende Legierung. Es besteht daher kein Be darf, 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 ringförmige 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 ringförmige Pas sage 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 äußere Oberfläche der Kolbeneinheit wird geschliffen.

Claims

1. Vorrichtung zur Herstellung einer Kolbeneinheit für einen Verbrennungs motor, bestehend aus einer Gußform (20, 21, 22, 23) und einem Schmelzkern (24), der in dem den Kolben abbildenden Hohlraum der Gußform eingeklemmt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzkern (24) einen inneren Ring (24a), welcher eine ringförmige Pas sage (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.

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

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

4. Vorrichtung zur Herstellung einer Kolbeneinheit für einen Verbrennungs motor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzkern (24) an dem äußeren Ende der Oberfläche des äußeren Rings (24c) festge klemmt ist.

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

6. Vorrichtung zur Herstellung einer Kolbeneinheit für einen Verbrennungs motor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des äußeren Endes des äußeren Rings (24c) größer als die Dicke des inneren Endes des äußeren Rings (24c) ist.

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

a) Einklemmen eines Schmelzkerns (24) in einen Hohlraum einer Gußform (20, 21, 22, 23) für einen Kolben;
b) Eingießen einer geschmolzenen Metallegierung in den Hohlraum und Verfestigung darin;
c) Entfernen des äußeren Ringes (24c) des Schmelzkerns (24) davon
d) Ausfüllen des dadurch geschaffenen Raums mit einem Verstärkungsma terial, und
e) Auflösen des inneren Rings (24a) und der Verbindungsbereiche (24b) des Schmelzkerns (24).