DE3831285C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Form zur Herstellung
eines Kolbens einer Brennkraftmaschine, gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
Eine Form zur Herstellung eines Kolbens dieser Art ist in
der Patentschrift DE 38 07 986 beschrieben. Hierbei wird ein
löslicher Kern von einem Regeleinsatz mittels vorstehender
Arme gehalten, die über den Umfang verteilt sind, da sich
auch Arme in der Mittelebene normal zum Kolbenbolzen bzw.
in diesem Bereich des Kolbens - im folgenden B-Bereich genannt
- befinden, die in den Mantel-Schulter-Abschnitt des
Kolbens eingegossen werden, wird dieser Bereich des Kolbens
mit übermäßiger Wandstärke ausgeführt. Daraus ergibt sich
eine unerwünschte Steifigkeit des Mantel-Schulter-Abschnitts
in diesem Bereich, der Oberflächendruck und die
Gefahr der Riefenbildung steigt. Der erhöhte Materialeinsatz
führt außerdem zum Ansteigen des Kolbengewichts.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Form zu
schaffen, die ein sicheres Halten des löslichen Kerns unter
Vermeidung einer Erhöhung der Steifigkeit des Mantel-Schulter-Abschnitts
bei gleichzeitiger Reduzierung des Kolbengewichts
gewährleistet.
Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs
1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Form hat einen Regeleinsatz, der
vorteilhaft so gestaltet ist, daß sich zwei gekrümmte und
zwei gerade Abschnitte ergeben und die Arme an den geraden
Abschnitten so ausgebildet sind, daß sie den löslichen Kern
außerhalb des B-Bereiches halten.
Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen
hervor.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbei
spielen in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläu
tert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch einen Kol
ben, der mit Hilfe einer erfindungsgemäßen
Form hergestellt worden ist;
Fig. 2 eine Draufsicht auf ein Strebenelement,
das einen löslichen Kern in der erfin
dungsgemäßen Form hält;
Fig. 3 eine Vorderansicht des Gegenstandes der
Fig. 2;
Fig. 4 einen vereinfacht dargestellten Schnitt durch eine Gießform im
fertiggestellten Zustand, die bei der
Herstellung eines Kolbens mit Hilfe der erfindungsgemäßen Form
eingesetzt wird;
Fig. 5 einen Vertikalschnitt durch einen
anderen Kolben, der mit Hilfe einer anderen
Ausführung der erfindungsgemäßen Form hergestellt
worden ist;
Fig. 6 eine Draufsicht auf ein Strebenelement,
das einen löslichen Kern in der ande
ren erfindungsgemäßen Form hält;
Fig. 7 eine Vorderansicht des Gegenstandes der
Fig. 6;
Fig. 8 einen Schnitt im wesentlichen entlang
Linie x-x in Fig. 6;
Fig. 9 einen Schnitt im wesentlichen entlang
Linie y-y in Fig. 7; und
Fig. 10 einen Schnitt durch eine Gießform im
fertigen Zustand, die bei der Herstellung eines Kolbens
mit Hilfe einer anderen Ausführung der erfindungsgemäßen Form eingesetzt
wird.
Wie die Fig. 1 und 2 zeigen, wird ein Kolben 10 durch
Hochdruckgießen geformt und ist mit einem Kopfabschnitt 14,
einem Mantelabschnitt 15, einem Bolzen-Augenabschnitt 17 und
einem Loch 18 versehen. Eine obere Ringnut 11, eine zweite
Ringnut 13 und eine Ölringnut sind an der Außenfläche des
Kopfabschnittes 14 ausgebildet. Die obere Ringnut ist über
ein Aggregat 12 aus einer anorganischen Faser mit dem als
Basismaterial dienenden Aluminium komplexverstärkt. Ein
kreisförmiger Ölkühlkanal 20 ist in der Nähe der Innenseite
der oberen Ringnut 13 im Kopfabschnitt 14 ausgebildet. Ein
metallisches Strebenelement 30 ist in den Kolben 10 einge
gossen, um eine thermische Ausdehnung des Kolbens 10 zu ver
hindern, und hält einen löslichen Kern 21, wie beispielsweise
einen Salzkern, um den Ölkühlkanal 20 durch Gießen auszubil
den. Der Ölkühlkanal 20 steht mit einer Öleinlaßöffnung 22
und einer Ölauslaßöffnung 23 in Verbindung.
Wie die Fig. 2 und 3 zeigen, besteht das als Stahlplatte
ausgebildete Strebenelement 30 aus einer Vielzahl von ersten
vorstehenden Abschnitten 31, die einen Biegeabschnitt 31 a
aufweisen, welcher an seinem Ende auswärts gebogen ist, so
daß er sich entlang einer Fläche des löslichen Kernes 21 er
streckt, und einer Vielzahl von zweiten vorstehenden Ab
schnitten 32, die einen Schneidabschnitt 32 a besitzen. Das
Strebenelement 30 besitzt ein Paar von geraden Abschnitten
30 a und ein Paar von kreisbogenförmigen Abschnitten 30 b, die
in der Richtung des Mantelabschnittes 15 angeordnet sind.
Jeder vorstehende Abschnitt ist im geraden Abschnitt 30 a
vorgesehen, so daß er die Dicke des Mantel-Schulter-Ab
schnittes 15 a nicht erhöht. Der Schneidabschnitt 32 a der
zweiten vorstehenden Abschnitte 32 ist mit einer ersten
Schneidfläche 32 b versehen, die sich in Axialrichtung des
Kolbens 10 erstreckt, und mit einer zweiten Schneidfläche
32 c, die in Durchmesserrichtung des Kolbens 10 verläuft.
Beim Gießvorgang wird der lösliche Kern 21, der den Öl
kühlgang 20 bildet, durch Schnappsitz am Strebenelement 30
installiert. Die ersten vorstehenden Abschnitte 31 stehen
mit der Innenfläche des löslichen Kernes 21 und die zweiten
vorstehenden Abschnitte 32 mit der Außenfläche des lös
lichen Kernes 21 in Eingriff. In diesem Zustand wird der
lösliche Kern 21 durch den ersten vorstehenden Abschnitt 31
gehalten und in der in Fig. 2 angedeuteten Richtung A fest
gelegt. Er wird ferner durch die erste Schneidfläche 32 b des
Schneidabschnitts 32 a des zweiten vorstehenden Abschnittes
32 gehalten und in Richtung B in Fig. 2 festgelegt. Deswei
teren wird der lösliche Kern 21 durch die zweite Schneid
fläche 32 c des Schneidabschnitts 32 a des zweiten Vorsprungs
32 gehalten und in Richtung C festgelegt.
Beim Gießen wird der lösliche Kern 21, der an jedem vor
stehenden Abschnitt des Strebenelementes 30 installiert ist,
an der Innenseite des Aggregates 12 aus der anorganischen
Faser angeordnet, das in eine Ringnut 40 a einer unteren Form
40 eingesetzt worden ist. Der lösliche Kern 21 wird so an
geordnet, daß er mit dem Aggregat 12 aus der anorganischen
Faser nicht in Kontakt steht, indem das Strebenelement 30 in
einen Einstellabschnitt 50 b einer Form 50 a eingesetzt wird,
welche ein Teil der Stanzform 50 ist, wie in Fig. 4 gezeigt. Mit
60 ist eine Gleitform bezeichnet, und diese Gleitform 60
bildet zusammen mit der Stanzform 50 und der unteren Form 40
den Formhohlraum 70.
Indem unter diesen Bedingungen Metall in den Formhohlraum 70
gegossen wird, wird das Aggregat 12 aus der anorganischen
Faser eingegossen, ohne daß es während des Gießens zer
bricht, so daß auf diese Weise der Innenumfang der oberen
Ringnut 11 verstärkt wird und sowohl der lösliche Kern 21,
der den Ölkühlkanal 20 bildet, als auch das Strebenelement
30, das den löslichen Kern 21 fixiert, eingegossen werden.
Nach dem Gießen werden eine Öleinlaßöffnung 22 und eine Öl
auslaßöffnung 23 so im Kolben 10 ausgebildet, daß sie in
Richtung auf den löslichen Kern 21 weisen. Indem man Wasser
in die Öleinlaßöffnung 22 gießt, schmilzt der lösliche Kern
21, wodurch der Ölkühlkanal 20 ausgebildet wird. Durch Fräs
vorgänge an der äußeren Umfangsfläche des Kolbens 10
werden die obere Ringnut 11, die zweite Ringnut 13 und die Ölring
nut 16 hergestellt.
Da bei dieser Ausführungsform die Position des löslichen
Kernes 21 relativ zum Aggregat 12 aus der anorganischen
Faser durch die Vorsprünge des Strebenelementes 30 beim
Gießen festgelegt wird, ist es möglich, ein Brechen des
Aggregats aus der anorganischen Faser zu verhindern und den
Ölkühlkanal 20 relativ zur oberen Ringnut 11 gleichmäßig
herzustellen. Auf diese Weise kann man den Kühlwirkungsgrad
in bezug auf den Umfang der oberen Ringnut verbessern. Da
desweiteren die Vorsprünge des Strebenelementes 30 nicht in
den Mantel-Schulter-Abschnitt 15 a des Kolbens 10 eingegossen
sind, kann man auf eine überflüssige Dicke verzichten und
das Gewicht des Kolbens 10 reduzieren. Da auf diese Weise
die Härte des Mantel-Schulter-Abschnittes 15 a herabgesetzt wird,
ist es möglich, ein Ansteigen des Oberflächendrucks des
Mantelabschnittes 15 durch ein Ansteigen der Härte des Man
tel-Schulter-Abschnittes 15 a und die Erzeugung von Riefen
aufgrund einer Erhöhung der Härte des Mantel-Schulter-Ab
schnittes 15 a zu verhindern.
Fig. 5 zeigt einen weiteren Kolben 110, der durch eine
andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
hergestellt worden ist. Gemäß Fig. 5 wurde ein Kolben 110
durch Hochdruckgießen hergestellt und ist mit einem Kopf
abschnitt 114, einem Mantelabschnitt 115, einem Bolzen-
Augen-Abschnitt 117 und einem Loch 118 versehen. Eine obere
Ringnut 111, eine zweite Ringnut 113 und eine Ölringnut 116
sind auf der Außenfläche des Kopfabschnitts 114 des Kolbens
110 ausgebildet. Ein kreisförmiger Ölkühlkanal 120 ist in
der Nähe der Innenseite der oberen Ringnut 111 im Kopfab
schnitt 114 ausgeformt. Der Ölkühlkanal 120 steht mit einer
Öleinlaßöffnung 122 und einer Ölauslaßöffnung 123 in Ver
bindung, die im Kolben 110 ausgebildet sind, um das von
einer Öldüse (nicht gezeigt) abgegebene Öl im Ölkühlkanal
120 zirkulieren zu lassen.
Ein metallisches Strebenelement 130 ist in den Kolben 110
eingegossen, um eine thermische Ausdehnung des Kolbens 110
zu verhindern, und hält einen löslichen Kern 121 zur Aus
bildung des Ölkühlkanales 120 durch Gießen, wie in den
Fig. 6 und 7 gezeigt.
Wie die Fig. 6, 7, 8 und 9 zeigen, ist das aus einer
Stahlplatte bestehende Strebenelement 130 kreisförmig aus
gebildet und mit einem Paar von geraden Abschnitten 130 a
versehen, die gegenüberliegend angeordnet sind, sowie mit
einem Paar von kreisbogenförmigen Abschnitten 130 b, wie dies
bei der Ausführungsform der Fig. 1 der Fall ist. Ein erster
vorstehender Abschnitt 131 ist am mittleren Abschnitt eines
jeden geraden Abschnittes 130 a ausgebildet. Ein Paar von
zweiten vorstehenden Abschnitten 132 und ein Paar von
dritten vorstehenden Abschnitten 133 sind derart an den
geraden Abschnitten 130 a ausgebildet, daß sie sich auf einer
Diagonalen befinden. Die ersten vorstehenden Abschnitte 131
besitzen einen Biegeabschnitt 131 a, der an seinem Ende nach
außen gebogen ist, so daß er entlang der Innenfläche des
löslichen Kernes 121 verläuft. Die ersten vorstehenden Ab
schnitte 131 legen die Position des löslichen Kernes 121 in
der Richtung A (von vorne nach hinten) und der Richtung C
(von oben nach unten) fest. Die zweiten vorstehenden Ab
schnitte 132 besitzen einen gekrümmten Halteabschnitt 132 a,
der an seinem Ende nach innen gebogen ist, so daß er entlang
einer unteren Fläche und einer Innenfläche des löslichen
Kernes 121 verläuft. Eine Vertikalfläche 132 b der gekrümmten
Halteabschnitte 132 a, die die Innenfläche des löslichen
Kernes 121 lagert, legt die Position des löslichen Kernes in
der Richtung B fest, während eine Horizontalfläche 132 c der
gekrümmten Halteabschnitte 132 a, die die untere Fläche des
löslichen Kernes lagert, die Position des Kernes in Richtung
C festlegt. Desweiteren legen die dritten vorstehenden Ab
schnitte 133 die Position des löslichen Kernes 121 in der
Richtung C fest.
Beim Gießen wird der lösliche Kern 121 im Schnappsitz an
jedem vorstehenden Abschnitt des Strebenelementes 130 gehal
ten und am Strebenelement 130 in den Richtungen A, B und C
in seiner Position fixiert. In diesem Zustand wird das
Strebenelement 130, das den löslichen Kern 121 hält, an
einem Einstellabschnitt 150 b einer Form 150 a, die ein Teil der Stanzform
150 ist, installiert, wobei auf diese Weise die Position
des Elementes relativ zur Form 150 festgelegt wird, wie in
Fig. 10 gezeigt. Dann werden durch Gießen von Metall in den
Form-Hohlraum 170 unter diesen Bedingungen sowohl der lösliche
Kern 121, der den Ölkühlkanal 120 bildet, als auch die
Strebe 130, die den löslichen Kern 121 hält, gegossen. Mit
140 ist eine untere Form und mit 160 eine Gleitform be
zeichnet, die zusammen mit der Stanzform 150 und der unteren
Form 140 den Formhohlraum 170 bildet.
Nach dem Gießen werden die Öleinlaßöffnung 122 und die Öl
auslaßöffnung 123 im Kolben 110 ausgebildet, so daß beide
Öffnungen 122, 123 in Richtung auf den löslichen Kern 121
weisen. Durch Gießen von Wasser in die Öleinlaßöffnung 122
schmilzt der lösliche Kern 121 auf, so daß auf diese Weise
der Ölkühlkanal 120 gebildet wird. Durch entsprechende
Fräsvorgänge an der äußeren Umfangsfläche des Kolbens
110 werden die obere Ringnut 111, die zweite Ringnut 113 und die
Ölringnut 116 hergestellt.
Da bei dieser Ausführungsform die Position des löslichen
Kernes 121 relativ zum Strebenelement 130 in einfacher Weise
durch jeden vorstehenden Abschnitt des Strebenelementes 130
beim Gießen festgelegt wird, ist es möglich, den Ölkühlkanal
120 relativ zur oberen Ringnut 111 gleichmäßig und einfach
herzustellen und auf diese Weise die Herstellkosten des
Kolbens 110 herabzusetzen. Daher kann ein Festsetzen des
oberen Kolbenringes bei hohen Temperaturen verhindert wer
den. Da desweiteren jeder vorstehende Abschnitt des Streben
elementes 130 nicht in den Mantel-Schulter-Abschnitt 115 a
des Kolbens 110 eingegossen ist, ist es möglich, auf über
flüssige Dicke zu verzichten und das Gewicht des Kolbens 110
herabzusetzen. Da auf diese Weise die Härte des Mantel-
Schulter-Abschnitts 115 a reduziert wird, kann man ein Anstei
gen des Oberflächendrucks am Mantelabschnitt 115 durch ein
Ansteigen der Härte des Mantel-Schulter-Abschnitts 115 a
sowie die Erzeugung von Riefen aufgrund eines Anstieges der
Härte des Mantel-Schulter-Abschnitts 115 a verhindern.
Erfindungsgemäß wird somit eine Form zum Herstellen
eines Kolbens einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen, die
die folgenden Schritte ermöglicht: Halten eines löslichen Kernes
an einer Vielzahl von ersten vorstehenden Abschnitten und
einer Vielzahl von zweiten vorstehenden Abschnitten sowie
einer Vielzahl von dritten vorstehenden Abschnitten, die in
einem Paar von geraden Abschnitten eines Strebenelementes
ausgebildet sind, um eine thermische Ausweitung des Kolbens
zu verhindern, wobei die ersten vorstehenden Abschnitte
einen Biegeabschnitt besitzen, der nach außen gebogen ist,
so daß er entlang einer Innenfläche des löslichen Kernes
verläuft, und die zweiten vorstehenden Abschnitte einen ge
krümmten Halteabschnitt aufweisen, der nach innen gebogen
ist, so daß er entlang einer Unterfläche und Innenfläche des
löslichen Kernes verläuft, Eingießen des Strebenelementes,
das den löslichen Kern hält, in den Kolben und Wegschmelzen
des in den Kolben eingegossenen löslichen Kernes durch Ein
gießen von Wasser, um einen Ölkühlkanal auszubilden. Auf
diese Weise kann ein Kolben mit niedrigem Gewicht und einem
hohen Kühlwirkungsgrad hergestellt werden. Desweiteren ist
es durch dieses Verfahren möglich, die Herstellkosten des
Kolbens herabzusetzen.
Claims (9)
1. Form zur Herstellung eines Brennkraftmaschinenkolbens,
bei dem ein Umfangsbereich der obersten Ringnut (11) durch
einen anorganischen Fasereinsatz (12) verstärkt ist und
ein Ölkühlkanal (20) durch einen löslichen Kern (21) ausgebildet
wird, mit einer Ringkehle (40 a) in einem unteren
Formteil (40) zur Aufnahme des Fasereinsatzes und mit einem
Regeleinsatz (30) mit vorstehenden Abschnitten (31, 32;
131, 132, 133), an denen der lösliche Kern (21) festlegbar
ist, wobei der Regeleinsatz an einem Positionierteil (50)
der Form fixierbar ist, gekennzeichnet durch mehrere erste
und zweite vorstehende Abschnitte (31; 32), von denen die
ersten vorstehenden Abschnitte (31) einen Biegeabschnitt
(31 a) aufweisen, der nach außen gebogen ist, so daß er
sich entlang einer inneren Fläche des löslichen Kerns erstreckt,
und von denen die zweiten vorstehenden Abschnitte
(32) einen Schneidabschnitt (32 a, 32 b) besitzen.
2. Form nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Regeleinsatz (30) mit einem Paar von geraden Abschnitten
(30 a), die gegenüberliegend angeordnet sind, und einem
Paar von kreisbogenförmigen Abschnitten (30 b) versehen
ist, die gegenüberliegend angeordnet sind, wobei die ersten
vorstehenden Abschnitte (31) und die zweiten Abschnitte
(32) an den geraden Abschnitten ausgebildet sind.
3. Form nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der lösliche Kern (21) im Schnappsitz an den ersten
und zweiten vorstehenden Abschnitten (31, 32) gehalten wird.
4. Form nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die ersten vorstehenden Abschnitte (31) mit der Innenfläche
des löslichen Kernes (21) und die zweiten vorstehenden Abschnitte
(32) mit der Außenfläche des Kernes in Eingriff
stehen.
5. Form nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
der Schneidabschnitt (32 a) der zweiten vorstehenden Abschnitte
(32) mit einer ersten Schneidfläche (32 b), die
sich in Axialrichtung des Kolbens erstreckt, und einer
zweiten Schneidfläche (32 c), die sich in diametraler Richtung
des Kolbens erstreckt, versehen ist.
6. Form nach den vorhergehenden Ansprüchen 2 und 3,
gekennzeichnet durch dritte vorstehende Abschnitte (133),
die in den geraden Abschnitten (130 a) des Regeleinsatzes
(130) ausgebildet sind, wobei die ersten vorstehenden Abschnitte
(131) einen Biegeabschnitt (131 a) aufweisen, der
auswärts gebogen ist, so daß er sich entlang einer Innenfläche
des löslichen Kernes erstreckt, und die zweiten vorstehenden
Abschnitte (132) einen gekrümmten Halteabschnitt
(132 a) aufweisen, der einwärts gebogen ist, so daß er sich
entlang einer Unterfläche und Innenfläche des löslichen
Kernes erstreckt.
7. Form nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
die ersten vorstehenden Abschnitte (131) in der Mitte
der geraden Abschnitte (130 a) und die zweiten vorstehenden
Abschnitte (132) und dritten vorstehenden Abschnitte (133)
derart an den geraden Abschnitten ausgebildet sind, daß
sie sich auf einer Diagonalen befinden.
8. Form nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
die ersten vorstehenden Abschnitte (131) mit einer inneren,
unteren und oberen Fläche des löslichen Kerns (21) und
die zweiten vorstehenden Abschnitte (132) mit einer unteren
und inneren Fläche des löslichen Kerns sowie die dritten
vorstehenden Abschnitte (133) mit einer unteren Fläche
des löslichen Kerns in Eingriff stehen.
9. Form nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
die gekrümmten Halteabschnitte (132 a) der zweiten vorstehenden
Abschnitte (132) mit einer Vertikalfläche (132 b) und
einer Horizontalfläche (132 c) versehen sind.
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