DE4005312C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Kern­ konstruktion zur Herstellung eines Brennkraftmaschinenkolbens, der im Bereich des Kolbenkopfes einen umlaufenden Kühlkanal besitzt.

Ein herkömmliches Verfahren zur Herstellung eines Kolbens ist in der US-Pat.-Anm. Ser.-No. 5 45 444 (Prioritätsdatum 30. 1. 1975) offenbart, und ein nach diesem Verfahren hergestellter Kolben 70 ist in der bei­ gefügten Fig. 5 gezeigt. Der Kolben 70 kann zuerst beispiels­ weise in einem Dauerformguß-, einem Druckguß- oder einem son­ stigen geeigneten Verfahren gegossen werden und umfaßt einen Kolbenkopf 71, eine Mulde 72 in diesem, einen Kolbenschaft 73, einen Innenraum 74 und ein Paar von Kolbenbolzennaben 75. An der Außenumfangsfläche des Kolbenkopfes 71 werden in einem bestimmten Bereich Ringnuten 76 ausgearbeitet, während in den Kolbenbolzennaben 75 Bolzenaugen 77 ausgebildet werden.

Anschließend wird in den Kolbenkopf 71 eine ringförmige Furche oder Nut 78 eingearbeitet. In den Kolbenkopf 71 werden ein Einlaß 79 sowie ein Auslaß 80 gebohrt, um die Nut 78 und den Innenraum 74 miteinander zu verbinden. In den oberen, an den Kolbenboden angrenzenden Teil der ringförmigen Nut 78 wird ein Ringglied 81 eingesetzt und durch Reibungsschweißen fest mit dem Kolbenkopf 71 verbunden.

Auf diese Weise wird im Kolbenkopf 71 ein Kühlkanal 84 gebil­ det. Im Betrieb des Kolbens 70 im zugehörigen (nicht darge­ stellten) Motor wird von einer Pumpe 83 zugeführtes und an einer Düse 82 ausgestoßenes Öl der ringförmigen Nut 78 durch den Einlaß 79 zugeführt, das bei seinem Umlauf in dem Kühlka­ nal (ringförmige Nut) 78 den Kolbenkopf 71 kühlt und durch den Auslaß 80 in den Innenraum 74 zurückfließt. Durch die auf diese Weise erzielte Kühlung erlangt der Kolben 70 eine hohe Lebensdauer.

Bei dem oben erläuterten Verfahren zur Herstellung eines Kol­ bens wird das gesamte Kühlkanalsystem 79, 80, 81, 84 in den Kolben erst nach dessen Herstellung durch Gießen und nach den weiteren Formgebungsverfahren für diesen eingearbeitet, so daß ein langwieriger Prozeß, der mehrere Schritte umfaßt, mit der Herstellung des Kolbens verbunden ist.

Der Erfindung liegt insofern die Aufgabe zugrunde, das Kühl­ kanalsystem für den Kolben mittels des Dauerformgußverfahrens auszubilden, wobei darauf abgezielt wird, den bekannten Kol­ ben derart weiterzubilden, daß nicht nur dessen Herstellung vereinfacht wird, sondern durch das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Kernkonstruktion weitere Vorteile in bezug auf die Gießtechnik und das Verhalten des Kolbens in seinem Betrieb erreicht werden.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren bzw. eine Kernkonstruk­ tion gemäß den Merkmalen der Ansprüche 1 bzw. 2 gelöst.

Die Aufgabe und die Ziele der Erfindung wie auch deren Merk­ male und Vorteile werden aus der folgenden, auf die Zeichnun­ gen Bezug nehmenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungs­ formen des Erfindungsgegenstandes deutlich. Es zeigen:

Fig. 1 einen lotrechten Schnitt durch einen Kolben, der gemäß der Erfindung gefertigt wurde;

Fig. 2 eine Seitenansicht von verschiedenen Kernteilen zur Herstellung des Kolbens von Fig. 1;

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Kernteile von Fig. 2;

Fig. 4 eine zu Fig. 3 gleichartige Darstellung für ein weite­ res Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung;

Fig. 5 einen lotrechten Schnitt zu dem eingangs erläuterten Verfahren und Kolben nach dem Stand der Technik.

Bei der in den Fig. 1-3 dargestellten ersten Ausführungs­ form gemäß der Erfindung für einen Kolben 20 wird ein aus­ schmelzbarer Kern 11, z.B. aus Salz od. dgl., über Halteteile 12a-12d an einem Stützglied 12 befestigt, so daß sich der Kern 11 von diesem Stützglied nicht lösen kann. Eine Kernkon­ struktion 13 setzt sich aus zwei ersten Kernteilen 14 sowie 15, aus zwei zweiten Kernteilen 16 sowie 17 und aus einem drit­ ten Kernteil 18 zusammen. Die ersten Kernteile 14, 15 sind zueinander symmetrisch und bilden Hinterschneidungen oder Aus­ sparungen 14b sowie 15b für die Bolzennaben 28. Die zweiten Kernteile 16, 17 sind ebenfalls zueinander symmetrisch und bilden unter- oder hinterschnittene Teile 16a sowie 17a.

Im folgenden wird auf ein Verfahren zur Herstellung eines Kol­ bens gemäß der ersten Ausführungsform eingegangen.

Die ersten Kernteile 14 und 15 werden auf eine (nicht darge­ stellte) untere Formhälfte gesetzt. Dann wird das Stützglied 12 mit dem ausschmelzbaren Kern 11 auf die ersten Kernteile 14, 15 aufgebracht. Von unten her werden dann die zweiten Kernteile 16, 17 zwischen die ersten Kernteile 14, 15 einge­ setzt. Die hinterschnittenen Teile 16a und 17a werden mit dem Stützglied 12 zum Eingriff gebracht, so daß sich dieses nicht von den zweiten Kernteilen 16, 17 lösen kann. Anschließend wird das dritte Kernteil 18 zwischen die vier Kernteile 14, 15, 16 und 17 von unten her eingefügt. Zuletzt wird auf die untere Formhälfte eine (nicht dargestellte) obere Formhälfte gesetzt, worauf Aluminiumschmelze in die Form gegossen wird.

Nach dem Eingießen und Erstarren der Schmelze wird zuerst das Kernteil 18 aus der Kernkonstruktion 13 nach unten herausgezo­ gen. Die zweiten Kernteile 16, 17 werden dann einwärts in den freien Raum verschoben und nach unten herausgezogen, wobei durch das Verschieben nach einwärts die hinterschnittenen Teile 16a und 17a nicht das Ziehen der Kernteile 16, 17 behin­ dern. In ähnlicher Weise werden anschließend die ersten Kern­ teile 14, 15 zur Mitte des Kolbens 20 bzw. der Kernkonstruk­ tion 13 hin verschoben und dann nach unten herausgezogen. Auch hierbei stören die Teile für Hinter- oder Unterschnitte 14b, 15b nicht das Ziehen der ersten Kerne 14 und 15.

Um eine Verbindung zwischen dem Kolbeninnenraum 32 und dem ausschmelzbaren Kern 11 herzustellen, werden ein Einlaß 33 sowie ein (nicht dargestellter) Auslaß hergestellt, worauf der ausschmelzbare Kern 11 durch Eingießen von Wasser in den Einlaß 33 entfernt und damit der Kühlkanal 25 gebildet wird.

Hierauf werden am Umfang des Kolbenkopfes die Ringnuten 21, 22 sowie 23 eingearbeitet, und am Kolben 20 wird dessen Schaft oder Hemd 24 bearbeitet. Im Kolbenboden wird die Mulde 26 ge­ fertigt. Die Augen 27 für den Kolbenbolzen werden durch den Schaft 24 gebohrt. Die Kolbenbolzennaben 28, die Rippen 29 und 31, hinterschnittene Teile oder Aussparungen 30 im Bereich der Bolzennaben 28 und Stege werden bei dem Gießvorgang durch die entsprechende Ausbildung der Kernteile gefertigt.

Die vorstehend erläuterte Ausführungsform bietet eine Reihe von Vorteilen, wobei besonders hervorzuheben ist, daß das Stützglied 12 mit dem daran befindlichen ausschmelzbaren Kern 11 eindeutig und fest an der Kernkonstruktion 13 gehalten ist, wodurch eine Verlagerung des Stützgliedes 12 beim Eingießen der Aluminiumschmelze, z.B. in aufwärtiger Richtung, unterbun­ den wird. Damit wird der Kühlkanal 25 immer exakt in der ge­ wünschten Position gefertigt.

Für die zweite, in Fig. 4 gezeigte Ausführungsform, die zur ersten ähnlich ist, werden nur die Unterschiede in der Aus­ bildung erläutert.

In diesem Fall weisen die zweiten Kernteile 16, 17 die unter­ schnittenen Teile (16a, 17a) nicht auf, vielmehr haben die ersten Kernteile 14 und 15 die Unterschneidungen 14a sowie 15a zur Abstützung des Stützgliedes 12.

Für diese Ausführungsform sind dieselben Vorteile wie zur ersten Ausführungsform geltend zu machen.

Es ist besonders hervorzuheben, daß durch geschickte Ausbil­ dung des Stützgliedes für den ausschmelzbaren Kern und dessen zweckmäßige Anordnung im Kolben unter Berücksichtigung der jeweiligen Massen des eigentlichen Kolbenmaterials dieses Stützglied als ein Regelglied wirken kann, um die unterschied­ lichen Wärmedehnungen im Kolben, die auf der uneinheitlichen Materialmenge beruhen, zu kontrollieren.

Erfindungsgemäß werden zur Herstellung eines Brennkraftma­ schinenkolbens zwei erste Kernteile mit Unterschnitten für die Kolbenbolzennaben, zwei zweite Kernteile, die zwischen die ersten Kernteile eingesetzt werden und mit diesen zusam­ men die Innenwandausbildung des Kolbens bestimmen, sowie ein drittes Kernteil, das in einen von den ersten und zweiten Kernteilen begrenzten Innenraum einschiebbar ist, verwendet. Die ersten oder die zweiten Kernteile weisen mit Bezug zur Kolbenachse diametral angeordnete Unter- oder Hinterschnit­ te an Teilen ihrer Außenumfangsfläche auf, mit denen ein um­ laufendes Stützglied zum Eingriff gebracht wird. Aufragende Halteteile sind am Stützglied ausgebildet und tragen einen ausschmelzbaren Kern für einen im Kolbenkopf umlaufenden Kühl­ kanal. Die Kernteile werden in der Reihenfolge: erste Kern­ teile, zweite Kernteile, drittes Kernteil zusammengesetzt, wobei innerhalb dieser Folge auch das Stützglied mit dem aus­ schmelzbaren Kern für den Kühlkanal an den für dieses vorge­ sehenen Hinterschnitten angebracht wird, und sie werden nach Abschluß des Gießvorgangs in umgekehrter Reihenfolge gezogen. Anschließend erhält der Kühlkanal einen Ein- sowie Auslaß zum Ausschmelzen des Kerns für den Kühlkanal. Das Stützglied wird durch die Unterschnitte, mit denen es in Eingriff ist, eindeutig festgelegt, so daß eine Verlagerung bei dem Gieß­ vorgang verhindert wird, und kann durch geeignete Ausbildung als Regelglied wirken.

Obwohl die Erfindung anhand ihrer bevorzugten Ausführungsform wörtlich und bildlich erläutert wurde, so ist sie auf die dar­ gelegten Einzelheiten keineswegs beschränkt, da dem Fachmann bei Kenntnis der vermittelten Lehre Abwandlungen und Abände­ rungen der verschiedensten Art an die Hand gegeben sind, die jedoch als im Rahmen der Erfindung fallend anzusehen sind.

Claims (3)

1. Verfahren zur Herstellung eines Brennkraftmaschinenkolbens mit einem umlaufenden Kühlkanal und einer zugehörigen Einlaß­ sowie Auslaßöffnung im Kolbenkopf, dadurch gekennzeichnet, daß zwei erste Kernteile (14, 15) mit jeweils einer Aussparung (14b, 15b) zur Ausbildung der Kolbenbolzennaben (28) gegen­ überliegend auf eine untere Formhälfte aufgesetzt werden, daß zweite Kernteile (16, 17) zwischen die ersten Kernteile (14, 15) von unten her eingesetzt werden, wobei entweder die ersten Kernteile (14, 15) Hinterschneidungen (14a, 15a) oder die zweiten Kernteile (16, 17) Hinterschneidungen (16a, 17a) haben, die mit einem Stützglied (12), das einen ausschmelzbaren Kern (11) für den Kühlkanal trägt, in Eingriff bringbar sind, daß ein drittes Kernteil (18) von unten her mittig zwischen die anderen Kernteile (14-17) eingesetzt wird, daß um diese Kernkonstruktion eine obere Formhälfte angebracht wird, daß nach dem Gießvorgang die Kernteile (14-18) in umgekehrter Reihenfolge aus dem Kolbenrohling entfernt werden, daß die Einlaß- (33) sowie die Auslaßöffnung gebohrt und der Kern (11) ausgeschmolzen wird.

2. Kernkonstruktion zur Herstellung eines Brennkraftmaschinen­ kolbens mit einem umlaufenden Kühlkanal und einer zugehörigen Einlaß- sowie Auslaßöffnung im Kolbenkopf, dadurch gekennzeichnet, daß erste Kernteile (14, 15) mit jeweils einer Aussparung (14b, 15b) zur Ausbildung der Kolbenbolzennaben (28) gegenüberliegend angeordnet sind, daß zweite Kernteile (16, 17) zwischen die ersten Kernteile (14, 15) eingesetzt sind, daß diese Kernteile (14-15) Hinterschneidungen (14a-17a) haben, die mit einem Stützglied (12), das einen ausschmelzbaren Kern (11) für den Kühlkanal trägt, in Eingriff bringbar sind, daß ein drittes Kernteil (18) zwischen die anderen Kernteile (14-17) eingesetzt wird.

3. Kernkonstruktion nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Kernteile (14-17) mit weiteren Un­ ter- bzw. Hinterschneidungen für die Ausbildung von innenseitig des Kolbens liegenden Rippen (29, 31) und Aussparungen (30) versehen sind.