DE3932562A1 - DEVICE FOR PRODUCING LIGHT METAL PISTON FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES - Google Patents

DEVICE FOR PRODUCING LIGHT METAL PISTON FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES

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DE3932562A1 DE19893932562 DE3932562A DE3932562A1 DE 3932562 A1 DE3932562 A1 DE 3932562A1 DE 19893932562 DE19893932562 DE 19893932562 DE 3932562 A DE3932562 A DE 3932562A DE 3932562 A1 DE3932562 A1 DE 3932562A1
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Manfred Bordt
Franz Schnaberich
Willem Coelingh
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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Leichtmetallkolben für Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere für Dieselmotoren, mit im Bereich des Kolbenkopfs, des Kolbenschafts und/oder der Bolzennaben einzugießenden Einlegeteilen durch Preßgießen, bei dem die in das Formenwerkzeug eingefüllte Schmelze unter hohem Druck zur Erstarrung gebracht wird.The invention relates to a device for producing Light alloy pistons for internal combustion engines, especially for diesel engines, with in the area of Piston head, the piston skirt and / or the pin boss insert parts to be poured in, in which the melt poured into the mold under high pressure is frozen.

Im Dieselmotorenbau haben sich die aktuellen Entwicklungen, wie Steigerung der Zünddrücke und thermische Isolation des Brennraums, gravierend auf die Kolbentechnologie ausgewirkt. Die Tragfähigkeit der Kolbenwerkstoffe ist ergänzend zu konstruktiven Maßnahmen erhöht und neue Werkstoffe mit geringerer Wärmeleitfähigkeit sind eingeführt worden. Das Preßgießverfahren, bei dem die Schmelze mit einem beliebig einstellbaren Druck in die Gießform gefüllt und anschließend unter hohem Druck von über 1000 bar zur Erstarrung gebracht wird, bietet die Möglichkeit, die Festigkeit der im Kolbenbau allgemein eingesetzten Aluminium-Silizium- und Magnesium-Legierungen auf das notwendige Niveau anzuheben. Preßgießen eignet sich ausgezeichnet zur Herstellung von Faserverbundwerkstoffen, da infolge des hohen Gießdrucks sich Faserformkörper relativ leicht mit Schmelze penetrieren lassen. Der Enddruck von über 1000 bar bringt Schmelze und Fasern auf atomaren Abstand, so daß es zu der für eine gute Bindung von Fasern und Schmelze notwendigen gesteuerten Reaktion kommen kann. Es hat sich jedoch gezeigt, daß selektiv in den Kolben einzugießende Einlegeteile, z. B. Faserformkörper, entfernbare Kerne aus Sand, Salz oder Schaumgraphit oder dergleichen, schwierig eingießbar sind, da die in den Hohlraum des Formenwerkzeugs eingebrachten Einlegeteile nicht beschädigungsfrei und sicher positionierbar sind, so daß beim Einfüllen der Schmelze in das Formenwerkzeug ein Aufschwimmen oder Absinken der Einlegeteile in der Schmelze und/oder ein Beschädigen Aus der DE-C-12 50 605 und der DE-C-38 07 986 sind zwar Einrichtungen zur Befestigung von aus Sand oder Salz gepreßten Kernen an Kernteilen, die zum Gießen von Kolben für Verbrennungskraftmaschinen bestimmt sind, oder an in den Kolben einzugießenden Regelelementen bekannt. Diese können jedoch bei Einsatz des Preßgießverfahrens nicht verwendet werden.Current developments in diesel engine construction, such as increasing the ignition pressures and thermal insulation of the Combustion chamber, seriously impacted piston technology. The load-bearing capacity of the piston materials is additional constructive measures increased and new materials with lower thermal conductivity has been introduced. The Die casting process in which the melt with any adjustable pressure in the mold and then solidified under high pressure of over 1000 bar offers the opportunity to increase the strength of the Piston construction commonly used aluminum and silicon To raise magnesium alloys to the necessary level. Die casting is ideal for the production of Fiber composite materials because of the high casting pressure molded fiber bodies penetrate relatively easily with melt to let. The final pressure of over 1000 bar brings melt and Fibers at atomic spacing, making it too good for that Binding of fibers and melt necessary controlled Reaction can come. However, it has been shown that inserts to be selectively poured into the piston, e.g. B. Shaped fibrous bodies, removable cores made of sand, salt or Foam graphite or the like, are difficult to pour, because they are placed in the cavity of the mold Inserts not damage-free and safe are positionable so that when filling the melt in the mold a floating or sinking Inserts in the melt and / or damage  From DE-C-12 50 605 and DE-C-38 07 986 are indeed Devices for fastening sand or salt pressed cores on core parts used for casting pistons are intended for internal combustion engines, or in the Known piston elements to be cast. these can but not used when using the die casting process will.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine Vorrichtung zur Herstellung von Leichtmetallkolben für Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere für Dieselmotoren, mit selektiv darin durch Preßgießen einzugießenden Einlegeteilen so auszubilden, daß die Einlegeteile in dem Formenwerkzeug sicher und beschädigungsfrei positionierbar sind und eine radiale und/oder axiale Lageänderung in der Schmelze unterbleibt.The object of the present invention is therefore a Device for the production of light metal pistons for Internal combustion engines, especially for diesel engines, with to be selectively cast therein by die casting Form inserts so that the inserts in the Mold tool can be positioned safely and without damage are and a radial and / or axial change in position in the No melt.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht in in dem Hohlraum des Formenwerkzeugs angeordneten Stützelementen zur freitragenden radialen und/oder axialen ortsfesten Positionierung der Einlegeteile.The solution to this problem consists in the cavity of the Mold tool arranged support elements for self-supporting radial and / or axial fixed Positioning of the inserts.

Diese Stützelemente bestehen im Rahmen der Ausgestaltung der Vorrichtung aus mit die Einlegeteile aufnehmenden Kröpfungen versehenen Drahtfeder- oder Bandfederelementen, die nach einem weiteren Erfindungsmerkmal an dem Formenwerkzeug befestigt sind, indem zweckmäßigerweise die Enden der Federelemente in entsprechende Ausnehmungen des Formenwerkzeugs eingesetzt sind. Die Federelemente können auch an mit dem Formenwerkzeug verbundenen Eingußteilen befestigt sein.These support elements exist in the context of the design of the Device made with offsets receiving the inserts provided wire spring or band spring elements, the after another feature of the invention on the mold are attached by expediently the ends of the Spring elements in corresponding recesses of the Mold tool are used. The spring elements can also on cast parts connected to the mold be attached.

Bei Kolben mit im Bereich des Ringfeldes, vorzugsweise im Bereich der ersten Ringnut, einzugießendem Ringträger aus austenitischem Sondergußeisen oder aus einem Faserformkörper ist es angebracht, die Federelemente an dem mit dem Formenwerkzeug verbundenen Ringträger zu befestigen, indem vorteilhafterweise die Enden der Federelemente in entsprechende Ausnehmungen des Ringträgers eingesetzt sind.For pistons with in the area of the ring field, preferably in Area of the first ring groove, ring carrier to be cast in austenitic special cast iron or from a fiber molded body it is appropriate to attach the spring elements to the To attach the ring carrier connected by the mold  advantageously the ends of the spring elements in corresponding recesses of the ring carrier are used.

Die erfindungsgemäße Maßnahme läßt sich insbesondere bei solchen Leichtmetallkolben anwenden, bei denen auf der Höhe der ersten Ringnut ein ringförmiger, aus Sand, Salz oder Schaumgraphit bestehender, zur Ausbildung eines Kühlkanal-Hohlraums dienender, entfernbarer Kern einzugießen ist.The measure according to the invention can be used in particular use such light alloy pistons in those at height the first ring groove is an annular one, made of sand, salt or Foam graphite existing, to form a Pour removable core to serve cooling channel cavity is.

Es besteht ferner die Möglichkeit, als Stützelemente an der beweglichen Hälfte des Formenwerkzeugs kolbenbodenseitig stiftförmige, das Einlegeteil, vorzugsweise den zur Ausbildung eines Kühlkanal-Hohlraums diendenden Kern, in axialer Richtung positionierende Ansätze vorzusehen, die das Einlegeteil am Aufschwimmen in der Schmelze hindern oder bei Verwendung eines Federelements in dessen Kröpfungen drücken. In den durch die stiftförmigen Ansätze beim gegossenen Kolben gebildeten Vertiefungen lassen sich vorteilhaft die Bohrungen für die Zu- bzw. Ableitung des Kühlmittels zum Kühlkanal-Hohlraum anbringen.There is also the possibility of supporting the movable half of the mold on the piston side pin-shaped, the insert, preferably the for Formation of a core serving cooling channel cavity, in axially positioning approaches to provide the Prevent insert from floating in the melt or at Use a spring element to press the crank. In the by the pin-shaped approaches in the cast Pistons formed depressions can be advantageous Bores for the supply and discharge of the coolant to Fit the cooling channel cavity.

Diese Maßnahme eignet sich besonders zur Herstellung eines vorzugsweise mit dem Kolbenkopf nach unten zu gießenden Leichtmetallkolbens mit einem in das Formenwerkzeug eingelegten, den Kolbenboden oder den Rand der Brennraummulde im Kolbenboden bildenden Faserformkörper, einem im Bereich des Ringfeldes, vorzugsweise im Bereich der ersten Ringnut, einzugießenden, mit dem Formenwerkzeug verbundenen Ringträger und einem auf der Höhe der ersten Ringnut einzugießenden, auf den Faserformkörper aufgelegten, ringförmigen, aus Sand, Salz oder Schaumgraphit bestehenden, zur Ausbildung eines Kühlkanal-Hohlraums dienenden und aus dem gegossenen Kolben entfernbaren Kern, der durch die stiftförmigen Ansätze in eine entsprechende Ringkehle des Faserformkörpers gedrückt wird.This measure is particularly suitable for the production of a preferably to be poured with the piston head down Light alloy pistons with one in the mold inserted, the piston crown or the edge of the Combustion chamber trough in the fibrous molded body forming the piston crown, one in the area of the ring field, preferably in the area of first ring groove, to be poured, with the mold connected ring bearer and one at the level of the first Ring groove to be poured, placed on the fiber molded body, ring-shaped, consisting of sand, salt or foamed graphite, serving to form a cooling channel cavity and from the cast plunger removable core through the pin-shaped approaches in a corresponding ring throat of Fiber molded body is pressed.

Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielhaft dargestellt und wird nachfolgend näher erläutert.The invention is exemplary in the drawings shown and will be explained in more detail below.

Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht eines Drahtfederelements (1) mit zwei Kröpfungen (2, 3), in die als Einlegeteil ein wasserlöslicher, für die Herstellung des ringformigen Kühlkanal-Hohlraums im Kolben im Bereich hinter der ersten Ringnut vorgesehener Salzkern (4) eingesetzt ist. Fig. 1 shows a side view of a wire spring element ( 1 ) with two crankings ( 2 , 3 ), in which a water-soluble salt core ( 4 ) provided for the production of the annular cooling channel cavity in the piston in the region behind the first annular groove is inserted as an insert .

Gemäß dem in Fig. 2 wiedergegebenen Schnitt durch ein Formenwerkzeug (5, 6) mit darin eingefüllter Schmelze ist das Drahtfederelement (1) mit dem damit verbundenen Salzkern (4) so eingesetzt, daß die freien Enden des Drahtfederelements (1) in in dem Ringträger (7) aus austenitischem Sondergußeisen angebrachte Bohrungen eingehakt sind. Durch diese Maßnahme wird der Salzkern (4) beschädigungsfrei und sicher beim Einfüllen und Pressen der Schmelze im Hohlraum (8) des Formenwerkzeugs (5, 6) gehaltert.According to the section shown in Fig. 2 through a mold ( 5 , 6 ) with melt filled therein, the wire spring element ( 1 ) with the associated salt core ( 4 ) is inserted so that the free ends of the wire spring element ( 1 ) in in the ring carrier ( 7 ) holes made of austenitic cast iron are hooked. As a result of this measure, the salt core ( 4 ) is held securely and without damage when filling and pressing the melt in the cavity ( 8 ) of the mold ( 5 , 6 ).

In Fig. 3 ist der Schnitt durch ein Formenwerkzeug (9, 10) mit darin eingefüllter Schmelze dargestellt. Auf dem Boden der festen Formenhälfte (9) befindet sich der Faserformkörper (11), auf den der in den Leichtmetallkolben im Bereich hinter der ersten in den Ringträger (16) einzustechenden Ringnut einzugießende entfernbare Salzkern (12) in eine entsprechend gestaltete, eine radiale Lageveränderung des Salzkerns (12) verhindernde Ringkehle (13) aufgelegt ist. Die an der beweglichen oberen Formenhälfte (10) angebrachten stiftartigen Ansätze (14, 15) drücken den Salzkern gegen den Faserformkörper (11) und hindern diesen am Aufschwimmen. Die durch die stiftförmigen Ansätze (14, 15) auf der Innenseite des gegossenen Kolbens (17) gebildeten Vertiefungen dienen zur Anbringung der Bohrungen für die Zu- und Ableitung des Kühlmittels zu dem Kühlkanal-Hohlraum.In Fig. 3 the section through a mold ( 9 , 10 ) is shown with the melt filled therein. On the bottom of the fixed mold half ( 9 ) there is the fiber molded body ( 11 ) on which the removable salt core ( 12 ) to be poured into the light metal piston in the area behind the first annular groove to be inserted into the ring carrier ( 16 ) has a correspondingly designed, radial change in position of the salt core ( 12 ) preventing ring groove ( 13 ) is placed. The pin-like attachments ( 14 , 15 ) attached to the movable upper mold half ( 10 ) press the salt core against the fiber molded body ( 11 ) and prevent it from floating. The depressions formed by the pin-shaped projections ( 14 , 15 ) on the inside of the cast piston ( 17 ) serve to make the bores for the supply and discharge of the coolant to the cooling channel cavity.

Claims (10)

1. Vorrichtung zur Herstellung von Leichtmetallkolben für Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere für Dieselmotoren, mit im Bereich des Kolbenkopfs, des Kolbenschafts und/oder der Bolzennaben einzugießenden Einlegeteilen durch Preßgießen, bei der die in das Formenwerkzeug eingefüllte Schmelze unter hohem Druck zur Erstarrung gebracht wird, gekennzeichnet durch in dem Hohlraum (8, 17) des Formenwerkzeugs (5, 6, 9, 10) angeordnete Stützelemente (1, 14, 15) zur freitragenden axialen und/oder radialen Positionierung der Einlegeteile (4, 12).1. Device for the production of light metal pistons for internal combustion engines, in particular for diesel engines, with insert parts to be cast in the region of the piston head, the piston skirt and / or the pin bosses by pressure casting, in which the melt filled into the mold is solidified under high pressure, characterized by Support elements ( 1 , 14 , 15 ) arranged in the cavity ( 8 , 17 ) of the mold ( 5 , 6 , 9 , 10 ) for the self-supporting axial and / or radial positioning of the insert parts ( 4 , 12 ). 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützelemente (1) aus mit die Einlegeteile (4) aufnehmenden Kröpfungen (2, 3) versehenen Drahtfeder- oder Bandfederelementen bestehen.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the support elements ( 1 ) from the inserts ( 4 ) receiving cranks ( 2 , 3 ) provided wire spring or band spring elements. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Federelemente (1) an dem Formenwerkzeug (5, 6) befestigt sind.3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the spring elements ( 1 ) on the mold ( 5 , 6 ) are attached. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Federelemente (1) an mit dem Formenwerkzeug verbundenen Eingußteilen (7) befestigt sind.4. The device according to claim 2, characterized in that the spring elements ( 1 ) are attached to cast parts connected to the mold ( 7 ). 5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Federelemente (1) in entsprechend gestaltete Ausnehmungen des Formenwerkzeugs (5, 6) bzw. der mit dem Formenwerkzeug verbundenen Eingußteile (7) eingesetzt sind. 5. Device according to claims 3 and 4, characterized in that the ends of the spring elements ( 1 ) are inserted into correspondingly shaped recesses of the mold ( 5 , 6 ) or the cast parts connected to the mold ( 7 ). 6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung eines Leichtmetallkolbens mit im Bereich des Ringfeldes, vorzugsweise im Bereich der ersten Ringnut, einzugießendem, mit dem Formenwerkzeug verbundenen Ringträger (7) aus austenitischem Sondergußeisen oder aus einem Faserformkörper die Einlegeteile (4) durch freitragend positionierende Federelemente (1) an dem Ringträger befestigt sind.6. Device according to claims 4 and 5, characterized in that for the production of a light metal piston with in the region of the ring field, preferably in the region of the first ring groove, to be poured in, connected to the mold ring carrier ( 7 ) made of austenitic special cast iron or from a fiber molding, the inserts ( 4 ) are attached to the ring carrier by self-supporting positioning spring elements ( 1 ). 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Einlegeteil (4, 12) aus einem aus dem gegossenen Leichtmetallkolben entfernbaren, zur Ausbildung eines Kühlkanal-Hohlraums dienenden Kern aus Sand, Salz oder Schaumgraphit besteht.7. The device according to claim 6, characterized in that the insert ( 4 , 12 ) consists of a removable from the cast light metal piston, serving to form a cooling channel cavity core made of sand, salt or foamed graphite. 8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Stützelemente an der beweglichen Hälfte (10) des Formenwerkzeugs kolbenboden­ seitig angebrachte stiftförmige, das Einlegeteil (4, 12), vorzugsweise den zur Ausbildung eines Kühlkanal-Hohlraums dienenden Kern, in axialer Richtung positionierende Ansätze (14, 15) vorgesehen sind.8. The device according to one or more of claims 1 to 7, characterized in that as the support elements on the movable half ( 10 ) of the mold piston-side attached pin-shaped, the insert ( 4 , 12 ), preferably serving to form a cooling channel cavity Core, positioning lugs ( 14 , 15 ) are provided in the axial direction. 9. Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 8 zur Herstellung eines vorzugsweise mit dem Kolbenkopf nach unten zu gießenden Leichtmetallkolbens mit einem in das Formenwerkzeug (9, 10) eingelegten, den Kolbenboden oder den Rand der Brennraummulde im Kolbenboden bildenden Faserformkörper (11), einem im Bereich des Ringfeldes, vorzugsweise im Bereich der ersten Ringnut, einzugießenden, mit dem Formenwerkzeug verbundenen Ringträger (16) und einem auf Höhe der ersten Ringnut einzugießenden, auf den Faserformkörper aufgelegten, ringförmigen, aus Sand, Salz oder Schaumgraphit bestehenden, zur Ausbildung eines Kühlkanal-Hohlraums dienenden und aus dem gegossenen Kolben entfernbaren Kern (12). 9. Use of the device according to claim 8 for producing a preferably with the piston head down to be cast light metal piston with a in the mold ( 9 , 10 ) inserted, the piston crown or the rim of the combustion chamber trough in the piston crown forming fiber molded body ( 11 ), one in the area of the ring field, preferably in the area of the first ring groove, to be poured in, connected to the mold tool, and a ring carrier ( 16 ) to be poured in at the level of the first ring groove and placed on the fiber molded body, consisting of sand, salt or foamed graphite, to form a cooling channel cavity serving and removable from the cast piston core ( 12 ). 10. Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (12) in eine Ringkehle (13) des Faserformkörpers (11) gedrückt ist.10. Use of the device according to claim 8, characterized in that the core ( 12 ) is pressed into an annular groove ( 13 ) of the fiber molding ( 11 ).
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