DE3831285C2 - - Google Patents

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.