DE4438703C2

DE4438703C2 - Leichtmetallkolben mit Kühlkanal für Verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE4438703C2
Application number: DE19944438703
Authority: DE
Inventors: Gotthard Stuska
Original assignee: Mahle GmbH
Current assignee: Mahle GmbH
Priority date: 1994-10-29
Filing date: 1994-10-29
Publication date: 2003-12-18
Anticipated expiration: 2014-10-30
Also published as: DE4438703A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Leichmetallkolben für Verbren nungsmotoren mit den Merkmalen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Kolben sind aus der CH 424310, JP 03-229956 AA oder aus der DE 37 21 021 C2 bekannt, bei dem im Kolbenkopf inner halb der obersten Ringnut ein in sich geschlossener ringför miger Kühlkanal vorgesehen ist, der durch eine Zu- und Ablei tungsbohrung mit dem Innenraum des Kolbens in Verbindung steht und der durch ein eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufwei sendes, eingegossses Metallrohr gebildet wird. Das an seinen Rohrenden durch Stoßschweißen verbundene Metallrohr muß an seiner Oberfläche aluminiert oder einer Alfin-Behandlung unterzogen werden, um beim Eingießen in den Leichtmetall grundkörper die geforderte Verbindung zu gewährleisten.

Nachteilig an dieser Ausführung ist insbesondere der zusätz liche Aufwand bei der Herstellung eines derartigen Kolbens.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, auf einfache Weise einen Leichtmetallkolben mit Kühlkanal zu schaffen, der mit geringen Aufwand und daher kostengünstig herzustellen ist.

Gelöst wird dieses Problem mit einem Leichtmetallkolben mit den Merkmalen nach dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen nach der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.

Die Lösung des Problems beruht insbesondere auf dem Gedan ken, daß das Aluminium-Material des Metallrohres beim Gie ßen des Kolbens selbst teilweise anschmilzt und sich somit mit dem Alumium-Grundmaterial des Kolbens verbindet, wo durch eine feste Verbindung zwischen Kolben und dem den Kühlkanal bildenden Metallrohr gewährleistet ist. Durch den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten beider Teile ist oh ne zusätzlichen Aufwand - wie z. B. einer Oberflächenbe handlung - gewährleistet, daß ein Spalt zwischen beiden Teilen auch im späteren Betrieb vermieden wird. Ein weite rer Vorteil liegt in dem gleichen spezifischen Gewicht bei der Teile, wodurch insbesondere unterschiedliche Massen kräfte bei Beschleunigungen im Betrieb nicht auftreten kön nen.

Zum Stand der Technik ist noch auf die FR 12 44 722 zu verweisen, aus der ein Leichtmetallkolben bekannt ist, bei dem zur Bildung des Kühlkanales ein Rohr aus Kupfer verwen det wird, das in einem aufwendigen Herstellungsverfahren in den geschmiedeten Kolben eingebracht wird.

Die Erfindung ist nachstehend an verschiedenen, in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläu tert.

Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht eines erfindungs gemäßen Kolbens im Halbschnitt,

Fig. 2 eine Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels im Halbschnitt,

Fig. 3 einen Schnitt gemäß III-III in Fig. 2 im Halbschnitt,

Fig. 4 eine Seitenansicht eines dritten Ausführungsbeispiels im Halbschnitt,

Fig. 5 einen Schnitt gemäß V-V in Fig. 4 im Halbschnitt und

Fig. 6 eine Draufsicht gemäß IV-IV in Fig. 4 im Halbschnitt.

Ein Leichtmetallkolben 1 aus einer AlSi-Legierung mit einer Kolbenringnutenanordnung 2 im Kolbenkopf 3, wobei die erste Ringnut 4 mit einem Ringträger 5 bewehrt ist, weist im Be reich hinter der Kolbenringnutenanordnung 2 einen in sich geschlossenen ringförmigen Kühlkanal 6 auf. Der Kühlkanal 6 wird aus einem Metallrohr 7 aus Aluminium gebildet, das aus einem gezogenen Rohr entsprechend dem Kühlkanal 6 über ei nen Dorn gebogen und an seinen Enden z. B. spielfrei am Spalt (Stoß) gehalten bzw. durch Punktschweißen verbunden wird. Zur Aufnahme des Metallrohres 7 beim Gießen des Leichtmetallkolbens 1 werden gemäß Fig. 1 zwei im Gießwerk zeug gelagerte Haltepinolen 8 verwendet (in Fig. 1 versetzt gezeichnet). Diese Haltepinolen 8 sind bezüglich des Umfan ges des Metallrohres 7 so angeordnet und mit diesem jeweils über eine Bohrung 9 so verbunden, daß nach Herstellung des Leichtmetallkolbens und Entfernen dieser Haltepinolen 8 ein Zu- und Abfuhrkanal für die Kühlflüssigkeit im Kolben ent standen ist.

Die Ausführung des Leichtmetallkolbens 1 nach Fig. 2 und 3 unterscheidet sich von der nach Fig. 1 dadurch, daß bei der Herstellung des Kolbens das Metallrohr 7 über Aussparungen 10 des Metallrohres 7 an entsprechenden Fortsätzen 11 eines inneren Gießkernes 12 gelagert ist, wobei diese Fortsätze 11 als eine Art Haltenoppen ausgebildet sind. Die als Zu- und Abfuhrkanal dienenden Aussparungen 10 können auch ring- oder nierenförmig ausgebildet sein, um den Querschnitt des Zu- und Abflusses zu verändern, insbesondere zu vergrößern.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4-6 ist ein Leicht metallkolben 13 mit an einem dünnen Kolbenboden 14 ange hängten Kolbenbolzennaben 15 enthalten, bei dem oberhalb jeder Kolbenbolzennabe 15 ein Metallrohr-Segment 16 aus Aluminium zur Bildung eines Kühlkanalsegmentes 17 vorgese hen ist.

Beim Gießen eines derartigen Leichtmetallkolbens 13 aus ei ner AlSi-Legierung wird das Metallrohr-Segment 16 von einem Seitenbackenkern 18 gehalten, der von einem inneren Gieß kern 19 getrennt angeordnet ist und der nach Herstellung des Kolbens nach axialem Ausfahren des inneren Gießkerns 19 durch radiale Bewegung nach innen aus dem Metallrohr-Seg ment 16 ausfahrbar ist.

Bei den aufgezeigten Ausführungen eines Leichtmetallkolbens 1, 13 mit einem Kühlkanal 6, 17 aus einem Metallrohr 7 bzw. einem Metallrohr-Segment 16 aus Aluminium oder einer Alumi nium-Legierung ist auf einfache Weise eine absolut sichere Verbindung zwischen dem Metallrohr 7 bzw. dem Metallrohr- Segment 16 und dem Kolbengrundmaterial gewährleistet, da es sich bezüglich des Werkstoffes beides Mal um Aluminium han delt und somit die Einlage aufgrund der gleichen oder gleichartigen Werkstoffeigenschaften nicht als "Fremdkör per" anzusehen ist, wodurch insbesondere ein Schrumpfspalt und ein damit verbundenes Losschlagen vermieden wird.

Claims

1. Gegossener Leichtmetallkolben für eine Verbrennungsmotoren mit einem im Kolbenkopf vorgesehenen Kühlkanal, der durch ein eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisendes Metallrohr gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallrohr (7) segmentartig (16) nur im Bereich oberhalb von Kolbenbolzennaben (15) angeordnet ist.

2. Gegossener Leichtmetallkolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallrohr-Segment (16) beim Gießen des Leichtmetallkolbens (3) an einem vom inneren Gießkern (19) getrennten Sei tenbackenkern (18) befestigt ist.

3. Gegossener Leichtmetallkolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff für das Metallrohr (7) Aluminium ist.

4. Gegossener Leichtmetallkolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff für das Metallrohr (7) Reinaluminium ist.

5. Gegossener Leichtmetallkolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff für das Metallrohr (7) eine unter eutektische Aluminium-Legierung ist.

6. Gegossener Leichtmetallkolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Gießen des Kolbens (1) das Metallrohr (7) über am inneren Gießkern (12) angebrachte Fortsätze (11) befestigt ist, die in entsprechende Aussparungen (10) am Metallrohr (7) eingreifen.

7. Gegossener Leichtmetallkolben nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Fortsätze (11) und die entsprechenden Aussparun gen (10) am Metallrohr (7) nierenförmig ausgebildet sind.