EP2552626A1

EP2552626A1 - VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM GIEßEN EINES KOLBENS FÜR EINEN VERBRENNUNGSMOTOR

Info

Publication number: EP2552626A1
Application number: EP11710777A
Authority: EP
Inventors: Isabella Sobota; Robert Sellner
Original assignee: Federal Mogul Nuernberg GmbH
Current assignee: Federal Mogul Nuernberg GmbH
Priority date: 2010-03-26
Filing date: 2011-03-24
Publication date: 2013-02-06
Also published as: DE102010003345A1; DE102010003345B4; WO2011117343A1; US8887794B2; US20130092342A1

Abstract

Bei einem Verfahren zum Gießen eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor wird nach einer Randschichterstarrung im Bereich der Kolbenbolzenbohrungen (12) zumindest eine dort vorgesehene Pinole zurückgezogen und der Bereich zumindest einer Kolbenbolzenbohrung (12) gekühlt. Eine Vorrichtung zum Gießen von Kolben für Verbrennungsmotoren weist zumindest eine aus dem Bereich einer KoIbenbolzenbohrung (12) zurückziehbare Pinole und eine Einrichtung zum Kühlen des Bereichs der Kolbenbolzenbohrungen (12) auf.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Gießen

eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung Gießen eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor.

Stand der Technik

Bei Kolben von Verbrennungsmotoren ist die Festigkeit der s genannten Kolbenbolzenbohrungen, in denen der Kolbenbolzen zur Verbindung mit einem Pleuel aufgenommen ist, von besonderer Wichtigkeit. Die erforderliche Festigkeit kann insbesondere durch eine schnelle Abschreckung des Gusses erfolgen. Nach der derzeitigen Vorgehensweise erfolgt ein derartiges Abschrecken erst außerhalb der Kokille, wenn der gesamte Kolben soweit erstarrt ist, dass er aus der so genannten Kokille entformt werden kann.

Die DE 10 2005 027 540 AI betrifft ein Verfahren zur

Herstellung eines Kolbens für Verbrennungsmotoren, bei dem die Gießform geöffnet wird, bevor die Schmelze im Bereich eines Speisers erstarrt ist. Nachfolgend kann der Kolben entnommen und außerhalb der Gießform gekühlt werden. Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Gießen von Kolben für

Verbrennungsmotoren zu schaffen, mit denen die Festigkeit insbesondere im Bereich der Kolbenbolzenbohrungen verbessert werden kann .

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt zum einen durch das im Anspruch 1 beschriebene Verfahren.

Demzufolge wird bereits nach einer Randschichterstarrung im Bereich zumindest einer Kolbenbolzenbohrung zumindest eine dort vorgesehene Pinole zurückgezogen und dieser Bereich gekühlt. Hierdurch kann der Bereich der

Kolbenbolzenbohrungen, insbesondere die weitgehend

zylindrische Innenfläche derselben schneller gekühlt und abgeschreckt werden, als dies bei der derzeitigen

Vorgehensweise möglich ist, so dass die Festigkeit in diesen Bereichen in vorteilhafter Weise erhöht wird. Hierzu muss lediglich eine gewisse Randschichterstarrung abgewartet werden, die es ermöglicht, eine dort vorgesehene Pinole zurückzuziehen, ohne die Form des Kolbens in diesem Bereich zu gefährden. Bei einer Pinole handelt es sich im

Wesentlichen um einen weitgehend zylindrischen oder leicht konischen Gießkern, der beim Gießen gewissermaßen den später für den Kolbenbolzen vorgesehenen Raum freihält und um den herum somit das die spätere Kolbenbolzenbohrung umgebende Material geformt wird. Zum Begriff der Kolbenbolzenbohrung ist zu betonen, dass diese nicht notwendigerweise durch Bohren als verfahrensmäßige Vorgehensweise ausgebildet sein muss. Vielmehr handelt es sich um üblicherweise zwei im Wesentlichen zylindrische Öffnungen, in denen die beiden Enden eines Kolbenbolzens aufgenommen werden, während sich dazwischen im Einbauzustand das Pleuel befindet. Das die Kolbenbolzenbohrungen umgehende Material kann durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise somit schneller gekühlt und abgeschreckt werden, als dies bislang möglich ist, so dass eine schnellere und gerichtetere Erstarrung möglich ist, was zu einer erhöhten Festigkeit führt. Mit anderen Worten wird die Erstarrungsgeschwindigkeit des Kolbenmaterials insbesondere im Bereich der Kolbenbolzenbohrungen erhöht, was zu einem Abschrecken und einer erhöhten Festigkeit führt. Ferner kann durch die beschriebene Vorgehensweise auch in anderen Bereichen des Kolbens eine gerichtete Erstarrung erzeugt werden.

Bevorzugte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.

Es wird derzeit bevorzugt, die Kühlung der

Kolbenbolzenbohrungen mittels Druckluft vorzunehmen. Die hierfür erforderlichen Druckluftleitungen können, so haben erste Überlegungen ergeben, für sämtliche Größen von Kolben, insbesondere Dieselkolben vorgesehen werden.

Ferner wird in diesem Zusammenhang für ein zuzuführendes Kühlmittel, insbesondere Druckluft, bevorzugt, dass dieses durch zumindest einen zwischen den Kolbenbolzenbohrungen vorgesehenen Kern und/oder zumindest eine Pinole zugeführt wird. Ein derartiger Kern bzw. eine Pinole weist auch bei kleinen Kolbentypen ausreichend Raum zum Vorsehen von

Druckluftleitungen und -düsen oder -Öffnungen auf.

Insbesondere kann der Kern in vorteilhafter Weise je

zumindest eine in Richtung der jeweiligen Pinole weisende Austrittsöffnung für das Kühlmedium aufweisen. Bevorzugt sind an dem Kern an zumindest einer, bevorzugt auf beiden Seiten, zwei Öffnungen, insbesondere in Form von Bohrungen

vorgesehen, die gemäß der Darstellung in den beigefügten und nachfolgend erläuterten Figuren "hintereinander" angeordnet sind und dementsprechend in den Figuren lediglich als eine Bohrung zu erkennen sind. Mit anderen Worten sind die beiden Bohrungen in radialer Richtung an unterschiedlichen Stellen und beispielsweise bezüglich der Kolbenachse symmetrisch. Ferner kann eine gemeinsame oder getrennte Zuführungen zu de verschiedenen Bohrungen vorhanden sein.

Besonders effizient kann der Beginn der Kühlmittelzuführung dadurch ausgelöst werden, dass die vorangehend erwähnten Austrittsöffnungen durch den Rückzug der jeweiligen Pinole freigegeben werden.

Es hat sich ferner als vorteilhaft erwiesen, einen derartige Kern zurückziehbar zu gestalten. Dadurch kann insbesondere nach einer ersten Kühlung des Bereichs der

Kolbenbolzenbohrungen durch den Kern, bevorzugt in

vermindertem Umfang, weiterhin Kühlmittel, insbesondere Druckluft, zugeführt werden, so dass auch der Bereich zwischen den Kolbenbolzenbohrungen gekühlt werden kann. Mit anderen Worten wird der Kern zunächst nicht zurückgezogen, und das bis zum Zurückziehen des Kerns an diesem Kern anliegende Material wird gekühlt, um auch hier eine erhöhte Festigkeit zu realisieren. Nachfolgend kann Kühlmittel gleichzeitig über den Kern und zumindest eine Pinole zugeführt werden. Alternativ hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass nach dem Zurückziehen des Kerns die Kühlung des Kernraums, also des Bereichs, der an den Kern bis zu dessen Zurückziehen anliegt, dadurch erfolgt, dass Kühlmitte nur durch eine Pinole zugeführt wird. Die Kühlung in vermindertem Umfang kann somit durch die Zuführung von Kühlmittel, insbesondere Druckluft durch genau eine Pinole erfolgen .

Die Lösung der oben genannten Aufgabe erfolgt ferner durch die im Anspruch 6 beschriebene Gießvorrichtung, die

entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren zumindest eine aus dem Bereich einer Kolbenbolzenbohrung zurückziehbare Pinole und eine Einrichtung zum Kühlen des Bereichs der Kolbenbolzenbohrungen aufweist. Durch eine derartige Vorrichtung können die oben genannten Vorteile erreicht werden. Die bevorzugten Ausführungsformen der

erfindungsgemäßen Vorrichtung entsprechen den vorangehend beschriebenen Verfahrensmerkmalen .

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer

Gießvorrichtung mit einem gegossenen Kolben während einer ersten Erstarrungsphase;

Fig. 2 eine schematische Schnittansicht nach dem

Zurückziehen der Pinolen;

Fig. 3 eine schematische Schnittansicht beim Zuführen von

Druckluft durch einen Werkzeugkern; und

Fig. 4 eine schematische Schnittansicht nach dem

Zurückziehen des Werkzeugkerns.

Ausführliche Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung

Die in Fig. 1 schematisch im Schnitt gezeigte Gießvorrichtung 20 für einen Kolben 10 weist verschiedene Elemente auf, die zunächst die Außenform des Kolbens definieren. Dies gilt für das Werkzeugteil 22 im Bereich des Kolbenbodens, die

Werkzeugteile 24 im Bereich des Kolbenmantels sowie einen so genannten Fixierring 26 im Bereich der Unterseite des

Kolbens. Um die mechanische Nachbearbeitung im Bereich der Kolbenbolzenbohrungen 12 möglichst gering zu halten und das Zurückziehen zu ermöglichen, sind bei der gezeigten

Ausführungsform zwei Pinolen 14 vorgesehen, die leicht konisch ausgebildet sind. Ferner ist zum Freihalten des Bereichs zwischen den Kolbenbolzenbohrungen 14 für die spätere Aufnahme des Pleuels ein Kern 16 vorhanden, der bis in den Bereich oberhalb der Bolzenbohrungen 12 reicht, und an dem die Pinolen anliegen. Nachdem das Material für den Kolben 10 in flüssiger Form in die derart gestaltete Gießvorrichtung 20 eingefüllt wurde, erfolgt eine Erstarrung des Materials, ausgehend von den Randschichten.

Wie in Fig. 2 gezeigt, wird nach einer ersten

Randschichterstarrung, die insbesondere auch in den

Kolbenbolzenbohrungen 12 stattfindet, zumindest eine Pinole 14, bei der gezeigten Ausführungsbeispiel beide Pinolen 14, zurückgezogen, um den Bereich der Kolbenbolzenbohrungen 12 insbesondere an der Innenseite derselben freizulegen.

Erfindungsgemäß erfolgt nachfolgend eine gezielte Kühlung dieser Innenflächen.

Wie in Fig. 3 gezeigt ist, wird dies bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch die Zuführung von Druckluft durch den Werkzeugkern 16 realisiert. Insbesondere weist dieser in dem gezeigten Fall einen zentralen Zuströmkanal 28 und zwei sich davon erstreckende Seitenkanäle 30 auf, so dass

insgesamt eine weitgehend T-förmige Gestaltung der Kanäle entsteht. Durch die beschriebenen Seitenkanäle 30 strömt Druckluft an die Innenflächen der Kolbenbolzenbohrungen 12, so dass diese gekühlt und abgeschreckt werden und nachfolgend eine erhöhte Festigkeit aufweisen.

In Fig. 4 ist die bevorzugte Vorgehensweise dahingehend gezeigt, dass nachfolgend der Kern 16 zurückgezogen wird, um auch die Innenflächen im Bereich zwischen den

Kolbenbolzenbohrungen, die bislang an den Kern 16 anlagen, freizulegen und auch hier eine Kühlung und Abschreckung zu bewirken, noch bevor der Kolben insgesamt aus der

Gießvorrichtung oder Kokille entformt werden kann.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Gießen eines Kolbens (10) für einen

Verbrennungsmotor, bei dem nach einer

Randschichterstarrung im Bereich der

Kolbenbolzenbohrungen (12) zumindest eine dort

vorgesehene Pinole (14) zurückgezogen und der Bereich zumindest einer Kolbenbolzenbohrung (12) gekühlt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass

die Kühlung mittele Druckluft erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass

ein Kühlmittel, insbesondere Druckluft durch zumindest eine Pinole (14) und/oder zumindest einen zwischen den Kolbenbolzenbohrungen (12) vorgesehenen Kern (16) zugeführt wird, der vorzugsweise je zumindest eine in Richtung der jeweiligen Pinole weisende Auetrittsöffnung für das Kühlmittel aufweist.

4. Verfahren nach Anspruch 3 ,

dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass

zumindest eine Kühlmittelaustrittsöffnung des Kerns (16) durch den Rückzug der zumindest einen Pinole (14) freigegeben wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch g e k e nn z e i c h n e t , dass

nach einer Randschichterstarrung im Bereich zwischen den Kolbenbolzenbohrungen (12) zumindest ein Kern (16) zurückgezogen wird, und der Bereich zwischen den Kolbenbol zenbohrungen (12), vorzugsweise in vermindertem Umfang, gekühlt wird.

6. Vorrichtung (20) zum Gießen von Kolben (10) für

Verbrennungsmotoren mit zumindest einer aus dem Bereich einer Kolbenbolzenbohrung (12) zurückziehbaren Pinole (14) und einer Einrichtung zum Kühlen des Bereichs der Kolbenbolzenbohrungen (12) .

7. Vorrichtung nach Anspruch 6,

dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass

eine Druckluftzuführvorrichtung vorgesehen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7,

dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass

ein Kühlmittel, insbesondere Druckluft durch zumindest eine Pinole (14) und/oder zumindest einen zwischen den Kolbenbolzenbohrungen (12) vorgesehenen Kern (16) zuführbar ist, der vorzugsweise zumindest je eine in Richtung der jeweiligen Pinole (14) weisende

Austrittsöffnung für das Kühlmittel aufweist, die insbesondere durch den Rückzug der jeweiligen Pinole (14) freigebbar ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8,

ferner mit zumindest einem aus dem Bereich zwischen den Kolbenbolzenbohrungen (12) zurückziehbaren Kern (16) .