WO2011117343A1 - VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM GIEßEN EINES KOLBENS FÜR EINEN VERBRENNUNGSMOTOR - Google Patents

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM GIEßEN EINES KOLBENS FÜR EINEN VERBRENNUNGSMOTOR Download PDF

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    • B22D30/00—Cooling castings, not restricted to casting processes covered by a single main group

Definitions

  • the invention relates to a method and a device casting a piston for an internal combustion engine.
  • the strength of the said piston pin bores, in which the piston pin is received for connection to a connecting rod is of particular importance.
  • the required strength can be achieved in particular by rapid quenching of the casting. According to the current procedure, such quenching takes place only outside the mold, when the entire piston is solidified so far that it can be removed from the so-called mold.
  • the invention has for its object to provide a method and apparatus for casting of pistons for
  • At least one sleeve provided there is already retracted after an edge-layer solidification in the region of at least one piston pin bore, and this region is cooled. This allows the range of
  • piston pin bore Essentially around a substantially cylindrical or slightly conical casting core, which keeps the space later provided for the piston pin in a sense, and thus around which thus the material surrounding the later piston pin bore is formed.
  • the notion of the piston pin bore is to emphasize that this need not necessarily be formed by drilling as a procedural approach. Rather, it is usually two substantially cylindrical openings in which the two ends of a piston pin are received, while therebetween in the installed state, the connecting rod.
  • the material bypassing the piston pin bores can thus be cooled and quenched more quickly by the procedure according to the invention than was hitherto possible, so that a faster and directional solidification is possible, which leads to increased strength.
  • the solidification speed of the piston material is increased, in particular in the area of the piston pin bores, which leads to quenching and increased strength.
  • a directional solidification can be generated.
  • a coolant to be supplied, in particular compressed air, to be supplied by at least one core provided between the piston pin bores and / or at least one sleeve.
  • a core or a quill has sufficient space for the provision of even with small piston types
  • Compressed air lines and nozzles or openings Compressed air lines and nozzles or openings.
  • the core can advantageously ever
  • the core Preference is given to the core at least one, preferably on both sides, two openings, in particular in the form of holes
  • the beginning of the coolant supply can be triggered by the fact that the above-mentioned outlet openings are released by the withdrawal of the respective quill.
  • Piston pin holes through the core, preferably in
  • coolant in particular compressed air
  • the core is not retracted, and the material applied to this core until the core is retracted is cooled to realize increased strength also here.
  • coolant can be supplied simultaneously via the core and at least one quill.
  • the cooling of the core space ie the area which rests against the core until it is withdrawn, takes place in that cooling center is supplied only through a quill.
  • the cooling to a reduced extent can thus be done by the supply of coolant, in particular compressed air by exactly one quill.
  • Device according to the invention correspond to the method features described above.
  • Fig. 1 is a schematic sectional view of a
  • Fig. 2 is a schematic sectional view according to the
  • Fig. 3 is a schematic sectional view when supplying
  • Fig. 4 is a schematic sectional view according to the
  • the casting device 20 for a piston 10 shown schematically in section in FIG. 1 has various elements which initially define the outer shape of the piston. This applies to the tool part 22 in the region of the piston crown, the
  • Embodiment two sleeves 14 provided which are slightly conical. Furthermore, to keep clear of Region between the piston pin bores 14 for the subsequent inclusion of the connecting rod, a core 16 is present, which extends into the region above the pin holes 12, and against which the sleeves. After the material for the piston 10 has been filled in liquid form into the casting device 20 designed in this way, a solidification of the material occurs, starting from the edge layers.
  • Piston pin holes 12 takes place, at least one sleeve 14, in the embodiment shown, both sleeves 14, retracted to expose the region of the piston pin holes 12 in particular on the inside thereof.
  • this is realized in the illustrated embodiment by the supply of compressed air through the tool core 16.
  • this has a central inflow channel 28 and two side channels 30 extending therefrom, so that
  • Piston pin holes which previously applied to the core 16, expose and cause cooling and deterrence here, even before the piston out of the total
  • Casting device or mold can be removed from the mold.

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) .
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