WO2014033012A1 - GIEßFORM EINES KOLBENS - Google Patents

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WO2014033012A1
WO2014033012A1 PCT/EP2013/067308 EP2013067308W WO2014033012A1 WO 2014033012 A1 WO2014033012 A1 WO 2014033012A1 EP 2013067308 W EP2013067308 W EP 2013067308W WO 2014033012 A1 WO2014033012 A1 WO 2014033012A1
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WO
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casting
core
piston
sleeve
casting core
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PCT/EP2013/067308
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English (en)
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Frank Ehmann
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Mahle International Gmbh
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C21/00—Flasks; Accessories therefor
    • B22C21/12—Accessories
    • B22C21/14—Accessories for reinforcing or securing moulding materials or cores, e.g. gaggers, chaplets, pins, bars
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D19/00—Casting in, on, or around objects which form part of the product
    • B22D19/0072—Casting in, on, or around objects which form part of the product for making objects with integrated channels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00—Pistons 
    • F02F3/16—Pistons  having cooling means
    • F02F3/20—Pistons  having cooling means the means being a fluid flowing through or along piston
    • F02F3/22—Pistons  having cooling means the means being a fluid flowing through or along piston the fluid being liquid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00—Pistons 
    • F02F2003/0007—Monolithic pistons; One piece constructions; Casting of pistons

Definitions

  • the present invention relates to a mold of a piston of a
  • the invention also relates to a cast piston for an internal combustion engine and to a method for producing such a cast piston.
  • Each of the pillars has a centerline that leads to the
  • Outer circumference of the piston may be inclined, and an end which contacts the soluble casting core and is arranged on the side of the outer circumference of the piston.
  • a disadvantage of the known casting molds is in particular the support of a casting channel forming the cooling channel, provided that an inlet and a drain of the
  • Cooling channels are arranged closely adjacent to each other.
  • the present invention deals with the problem for a
  • the present invention is based on the general idea of providing a per se known casting mold of a piston of an internal combustion engine with a soluble and substantially annular casting core to form a cooling channel and with two of these casting core during the casting supporting columns, wherein at a junction between at least one of the two supports or an additional third support and the casting core, a diaphragm or closure element is arranged, which is at least partially fixedly connected to the piston after the casting and remains in this and which closes the joint after removal of the casting core or forms an at least throttled intermediate sequence.
  • the diaphragm or closure element are conceivable.
  • at least one of the supports can, for example, mainly fulfill a support function and thus create no intermediate flow, in which case the diaphragm or closure element is designed as a closure element and the
  • Cooling channel seals. It is also conceivable, of course, that the shutter or closure element at its end facing the cooling channel creates a permanent, throttled connection to the cooling channel and thereby creates an intermediate sequence.
  • the actual inflow and outflow of the cooling channel can be created by one or two supports or by a later hole, through which the cooling channel is drilled. Generates the respective
  • Embodiment of the shutter or closure element no fluid-conducting connection to the cooling channel, so it is in such a diaphragm or closure element around a pure closure element and in the
  • a third support for supporting the casting core wherein the first-mentioned two supports are arranged adjacent to each other and form a later inlet and a drain of the cooling channel.
  • the third support for supporting the same is arranged, which forms an intermediate sequence of the cooling channel and for this reason should have a significantly reduced cross-section.
  • the third support has an aperture or closure element with a penetrating into the casting core pin on which a sleeve is mounted.
  • Outer diameter of the pin is significantly reduced in comparison to the outer diameter of the sleeve, whereby at a successful after casting removal of the pin, the diameter of the intermediate sequence only the
  • Diameter of the pin and not that of the sleeve corresponds.
  • the sleeve remains in the piston even after casting, whereas the pin is removed.
  • the soluble casting core which may be formed, for example, as a sand or as a salt core.
  • the diameter and thus also the cross section of the intermediate sequence can be significantly reduced, whereby at least an undesirable flow of coolant can be reduced and a significantly improved cooling of the piston produced with the casting mold according to the invention can be achieved.
  • the inlet and the outlet are close to each other in one embodiment of the piston according to the invention, so that the inflowing into the cooling channel via the inlet coolant, for example. Cooling oil, must flow through the entire cooling channel, before it can leave the cooling channel again via the drain.
  • the cooling effect thereby improved involves the difficulty of supporting the casting core, since the inlet and the outlet are arranged on one side of the casting core.
  • the third support is provided, whereby the casting core itself is clearly stabilized.
  • the third support were designed in the manner of the first two supports, then the coolant would already run off after half of the cooling channel and thereby impair the desired cooling effect.
  • the third support can fully unfold the actual supporting effect by the diaphragm or closure element according to the invention with the pin on which the sleeve is mounted, without creating the danger of excessive coolant outflow.
  • the sleeve is in this case a diaphragm.
  • the diaphragm or closure element or the sleeve has an outer circumferential groove.
  • Such an external circumferential groove is on the one hand manufacture technically simplest and on the other hand causes the casting of the piston an inflow of casting material and thereby a reliable fixation of the diaphragm or closure element or the sleeve in the finished cast piston.
  • the outer circumferential groove and a differently shaped contour for example. Pre- or jumping back, be provided which a gearing with the
  • the sleeve has an outer diameter of about 4 to 5 mm, preferably of about 4.5 mm, and an inner diameter of about 1 to 2 mm, preferably of about 1, 8 mm ,
  • the outer diameter of the pin essentially corresponds to the inner diameter of the sleeve, in this example, for example, 1, 8 mm.
  • Inner diameter of the drain created thereby can be reduced by the sleeve according to the invention, the diameter of the intermediate sequence of, for example, 4.5 to 1, 8 mm, and thereby the effluent via the intermediate effluent coolant flow can be greatly reduced.
  • the sleeve is expediently arranged between the casting core and a negative mold, in particular a further casting core, wherein the pin penetrates both into the casting core and into the negative mold, and this thereby
  • the pin or the sleeve can be formed of metal, in particular of steel or of a steel alloy, wherein the pin not only causes the support function of the casting core deposited thereon, but also a fixation of the same against a lateral displacement or lifting of the supports.
  • the diaphragm or closure element penetrates into the casting core pin wherein the diaphragm or closure element has a sleeve-like recess on its side facing away from the pin.
  • the diaphragm or closure element can be fixed, for example, to a negative mold, whereas a fixation on the casting core via the penetrating into this pin.
  • a fixation on the casting core via the penetrating into this pin.
  • Pin and sleeve may be formed in one piece or in one piece or be connected in several parts and then with each other.
  • FIG. 3 shows a representation of the casting mold according to the invention in the region of a third support, including a detailed representation
  • Fig. 4-7 the mold according to the invention in the region of the third support in different embodiments.
  • a casting mold 1 according to the invention of a piston 2 (see Fig. 2) of an internal combustion engine, not shown otherwise, has a soluble and substantially annular casting core 3 (see Fig. 1) for forming a cooling channel 4 (cf. Fig. 1 and 3), with two this core 3 during a casting bearing supports 5,6, which at a
  • the cooling channel 4 is annular and interrupted only in the region of the inlet 7 and the outlet 8 with respect to the ring shape.
  • the two supports 5, 6 are now arranged adjacent to one another, wherein a third support 9 for supporting the casting core 3 is provided on a side of the casting core 3 opposite the inlet 7 and the outlet 8.
  • a diaphragm or closure element 15 is arranged at a connection point between at least one of the two supports 5, 6 or an additional third support 9 and the casting core 3, which is at least partially firmly connected to the piston 2 after the casting process and which the connection point Removal of the casting core 3 closes or forms an at least throttled intermediate drain 14.
  • the diaphragm or closure element 15 has a pin 10 (see Fig. 3 to 7) penetrating into the casting core 3, on which a sleeve 11 is mounted.
  • the inlet 7, the outlet 8 and / or the intermediate outlet 14, d. H. the support 9, may be formed substantially orthogonal to the ring plane of the casting core 3, as for example, the Fig. 1 can be seen.
  • the diaphragm or closure element 15 or the sleeve 1 1 can moreover have a circumferential groove 12 (cf., FIGS. 3 and 4), which surrounds the sleeve 11 by penetration of casting material during casting of the piston 2 after removal of the pin 10 fixed in the piston 2.
  • a circumferential groove 12 cf., FIGS. 3 and 4
  • the circumferential groove 12 and other protruding or receding contours on an outer circumferential surface of the sleeve 1 1 may be arranged, which has an undercut-like connection with the circumferential groove 12 and other protruding or receding contours on an outer circumferential surface of the sleeve 1 1 may be arranged, which has an undercut-like connection with the
  • Locking element 15 and the sleeve 1 1 reliably fix in the finished cast piston 2.
  • the sleeve 1 as shown in Fig. 4,
  • the sleeve 1 1 may, for example, an outer diameter of about 4 to 5 mm, preferably of about 4.5 mm, and an inner diameter of about 1 to 2 mm, preferably of about 1, 8 mm, have, wherein the Inner diameter of the sleeve 1 1 the
  • the piston 2 may, for example, be cast as a light metal piston, in particular of an aluminum alloy, wherein for the material of the sleeve 1 1 and / or the pin 10 in particular an aluminum alloy, or a training in steel question comes.
  • the pin 10 not only causes a vertical support of the casting core 3, but also a fixation thereof with respect to a lateral displacement and lifting, whereby an overall stiffer mold 1 can be created.
  • Fig. 3 it can be seen that the sleeve 1 1 between the casting core 3 and a negative mold 13, for example.
  • a metal mold or a sand / salt form is arranged, wherein the pin 10 in the casting core 3 and the Penetrating negative mold 13 and thereby fixes them together.
  • the casting core 3 may be formed, for example, as a sand or salt core.
  • an aperture or closure element 15 is shown with a sleeve 1 1, which is held over the pin 10 both in the casting core 3 and in the female mold 13.
  • a reduced intermediate sequence 14 is created after the casting process with respect to its cross-section.
  • the pin 10 may even be formed so long that the negative mold 13 penetrates.
  • FIG. 5 is a diaphragm or
  • Closing element 15 is shown, which is composed of a pin 10 and a sleeve 1 1, wherein the aperture or closure element 15 remains in the piston 2 after the casting process. This means that by the also remaining in the piston 2 pin 10 of the cooling channel 4 at the junction with the support 9 tight and thus leakage is freely closed.
  • a similar embodiment is shown in Fig. 6, wherein pin 10 and sleeve 1 1 are made in one piece and thereby a one-piece aperture or
  • Form closure element 15. 7 an embodiment of the diaphragm or closure element 15 is shown, which has a penetrating into the casting core 3 pin 10 which is an integral part of the diaphragm or closure element 15, wherein the diaphragm or closure element 15 on its the pin 10th opposite side has a sleeve-like recess 16.
  • the diaphragm or closure element 15 can be held and fixed by a pin 10 'or a negative mold 13.
  • Closure element 15, the sleeve 1 1 and the pin 10 can be used on all supports 5,6,9 and that in any configuration, since the inlet 7, the outlet 8 or the intermediate flow 14 are generally made in a later process step by means of a bore can.
  • the casting core 3 which determines the later shape of the cooling channel 4 in the finished cast piston 2, is supported by the casting mold 1 at at least two opposite points. A support is included
  • inlet and outlet 7,8 are located in the described cooling channel 4 adjacent on the same side of the piston 2, to a good cooling to get because the cooling fluid must flow through the entire cooling channel 4.
  • Closure element 15 closes the cooling channel 4 completely or allows a reduced outflow of cooling fluid.
  • the diaphragm or closure element 15 preferably has an outer contour, which allows a
  • the soluble and substantially annular casting core 3 to support the cooling channel 4 is supported on three pillars 5, 6, 9 supporting this casting core 3 during the casting process, the first two pillars 5, 6 being arranged adjacent to one another and in the region of connection with the casting core 3 form the later inlet 7 and outlet 8 of the cooling channel 4.
  • a shutter or closure element 15 is arranged, which is at least partially fixedly connected to the piston 2 after the casting process and which closes the connection point after removal of the casting core 3 or an at least throttled intermediate flow 14 forms.
  • the diaphragm or closure element 15 has a casting core in the third
  • the sleeve 1 1 is arranged between the casting core 3 and the negative mold 13, for example.
  • the diaphragm or closure element 15 is designed as a diaphragm element or as a closure element, no or a reduced outflow of cooling fluid is possible.
  • a particularly stable casting mold 1 can be created, whereby an undesirably high outflow of coolant from the cooling channel 4 at the location of the intermediate run 14 can be prevented via the aperture or closure element 15.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gießform (1) eines Kolbens (2) einer Brennkraftmaschine mit einem löslichen und im Wesentlichen ringförmigen Gießkern (3) zur Bildung eines Kühlkanals (4) und mit zumindest zwei diesen Gießkern (3) während des Gießvorgangs tragenden Stützen (5,6). Erfindungswesentlich ist dabei, dass an einer Verbindungsstelle zwischen zumindest einer der beiden Stützen (5,6) oder einer zusätzlichen dritten Stütze (9) und dem Gießkern (3) ein Blenden- oder Verschlusselement (15) angeordnet ist, das nach dem Gießvorgang zumindest teilweise fest mit dem Kolben (2) verbunden ist und das die Verbindungsstelle nach Entfernen des Gießkerns (3) verschließt oder einen zumindest gedrosselten Zwischenablauf (14) bildet. Hierdurch können die Stabilität der Gießform (1) deutlich erhöht und dadurch deren Handling vereinfacht werden.

Description

Gießform eines Kolbens
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gießform eines Kolbens einer
Brennkraftmaschine mit einem löslichen und im Wesentlichen ringförmigen Gießkern gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 . Die Erfindung betrifft außerdem einen gegossenen Kolben für eine Brennkraftmaschine sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen gegossenen Kolbens.
Aus der DE 198 04 168 A1 ist eine gattungsgemäße Gießform eines Kolbens einer Brennkraftmaschine mit einem löslichen und im Wesentlichen ringförmigen Gießkern zur Bildung eines Kühlkanals bekannt. Dieser Gießkern ist dabei auf zwei Stützen, sogenannten Pinolen, abgestützt, die im Verbindungsbereich mit dem Gießkern einen späteren Zulauf und einen Ablauf des ringförmigen
Kühlkanals bilden. Jede der Stützen weist eine Mittellinie auf, die zum
Außenumfang des Kolbens geneigt sein kann, sowie ein Ende, das den löslichen Gießkern berührt und auf der Seite des Außenumfangs des Kolbens angeordnet ist. Hierdurch soll insbesondere ein Kolben mit erhöhter Festigkeit geschaffen werden können.
Nachteilig bei den bekannten Gießformen ist insbesondere die Abstützung eines den Kühlkanal bildenden Gießkerns, sofern ein Zulauf und ein Ablauf des
Kühlkanals eng benachbart zueinander angeordnet sind.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine
gattungsgemäße Gießform eines Kolbens einer Brennkraftmaschine eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine erhöhte Stabilität und zugleich eine verbesserte Kühlung des mit dieser Gießform hergestellten Kolbens auszeichnet.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der
unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind
Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine an sich bekannte Gießform eines Kolbens einer Brennkraftmaschine mit einem löslichen und im Wesentlichen ringförmigen Gießkern zur Bildung eines Kühlkanals und mit zwei diesen Gießkern während des Gießvorgangs tragenden Stützen, zu versehen, wobei an einer Verbindungsstelle zwischen zumindest einer der beiden Stützen oder einer zusätzlichen dritten Stütze und dem Gießkern ein Blendenoder Verschlusselement angeordnet ist, das nach dem Gießvorgang zumindest teilweise fest mit dem Kolben verbunden ist und in diesem verbleibt und das die Verbindungsstelle nach Entfernen des Gießkerns verschließt oder einen zumindest gedrosselten Zwischenablauf bildet. Hierbei sind verschiedenste Ausführungsformen des Blenden- oder Verschlusselements denkbar. Zumindest eine der Stützen kann beispielsweise hauptsächlich eine Abstützfunktion erfüllen und somit keinen Zwischenablauf schaffen, wobei in diesem Fall das Blendenoder Verschlusselement als Verschlusselement ausgebildet ist und den
Kühlkanal abdichtet. Denkbar ist alternativ selbstverständlich auch, dass das Blenden- oder Verschlusselement an seinem dem Kühlkanal zugewandten Ende eine bleibende, gedrosselte Verbindung zum Kühlkanal schafft und dadurch einen Zwischenablauf erzeugt. Der eigentliche Zu- und Ablauf des Kühlkanals kann durch eine oder zwei Stützen geschaffen werden oder durch eine spätere Bohrung, über die der Kühlkanal angebohrt wird. Erzeugt die jeweilige
Ausführungsform des Blenden- oder Verschlusselements keine fluidführende Verbindung zum Kühlkanal, so handelt es sich bei einem derartigen Blenden- oder Verschlusselement um ein reines Verschlusselement und bei der
zugehörigen Stütze um eine reine Abstützung zur Fixierung des Gießkerns während des Gießvorgangs. Erzeugt das Blenden- oder Verschlusselement an der Verbindungsstelle zum Kühlkanal eine gedrosselte (querschnittsreduzierte) Verbindung zum Kühlkanal, so kann an dieser Verbindungsstelle ein
Zwischenablauf geschaffen werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist eine dritte Stütze zur Abstützung des Gießkerns vorgesehen, wobei die zuerst genannten beiden Stützen benachbart zueinander angeordnet sind und einen späteren Zulauf und einen Ablauf des Kühlkanals bilden. Auf einer der beiden Stützen gegenüberliegenden Seite des Gießkerns ist nun erfindungsgemäß die dritte Stütze zur Abstützung desselben angeordnet, die einen Zwischenablauf des Kühlkanals bildet und aus diesem Grund einen deutlich reduzierten Querschnitt aufweisen sollte. Hierzu besitzt die dritte Stütze ein Blenden- oder Verschlusselement mit einem in den Gießkern eindringenden Stift, auf der eine Hülse aufgezogen ist. Der
Außendurchmesser des Stiftes ist dabei im Vergleich zum Außendurchmesser der Hülse deutlich reduziert, wodurch bei einem nach dem Gießen erfolgenden Entfernen des Stiftes der Durchmesser des Zwischenablaufes nur dem
Durchmesser des Stiftes und nicht demjenigen der Hülse entspricht. Die Hülse verbleibt auch nach dem Gießen im Kolben, wogegen der Stift entfernt wird. Ebenso entfernt wird in bekannter Weise der lösliche Gießkern, der bspw. als Sand- oder als Salzkern ausgebildet sein kann. Durch die dritte Stütze sind dabei mehrere Vorteile im Hinblick auf eine gattungsgemäße Gießform zu erzielen. Als erster Vorteil zu nennen ist dabei, dass der lösliche Gießkern zur Bildung des Kühlkanals nunmehr über drei Stützen und damit vergleichsweise stabil abgestützt wird, wobei der Hauptzulauf und der Hauptablauf eng benachbart zueinander an einer Seite des Kühlkanals angeordnet werden können. Durch das erfindungsgemäß vorgesehene Blenden- oder Verschlusselement mit dem Stift und der darauf aufgezogenen Hülse kann darüber hinaus der Durchmesser und damit auch der Querschnitt des Zwischenablaufs deutlich reduziert werden, wodurch ein unerwünschtes Abfließen von Kühlmittel zumindest reduziert und eine deutlich verbesserte Kühlung des mit der erfindungsgemäßen Gießform hergestellten Kolbens erzielt werden können. Im Vergleich zu einem dem Zulauf gegenüberliegenden Ablauf des Kühlkanals bei herkömmlichen Kolben, liegen der Zulauf und der Ablauf bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kolbens dicht beieinander, sodass das über den Zulauf in den Kühlkanal einströmende Kühlmittel, bspw. Kühlöl, den gesamten Kühlkanal durchströmen muss, bevor es den Kühlkanal über den Ablauf wieder verlassen kann. Die hierdurch verbesserte Kühlwirkung birgt jedoch die Schwierigkeit der Abstützung des Gießkerns, da der Zulauf und der Ablauf auf einer Seite des Gießkerns angeordnet sind. Um den Gießkern auf der gegenüberliegenden Seite zusätzlich abstützen zu können, ist die dritte Stütze vorgesehen, wodurch der Gießkern an sich deutlich stabilisiert wird. Würde die dritte Stütze jedoch in der Art der ersten beiden Stützen ausgeführt, so würde das Kühlmittel bereits nach der Hälfte des Kühlkanals ablaufen und dadurch die gewünschte Kühlwirkung verschlechtern. Durch das erfindungsgemäße Blenden- oder Verschlusselement mit dem Stift, auf welchem die Hülse aufgezogen ist, kann jedoch die dritte Stütze die eigentliche Abstützwirkung voll entfalten, ohne die Gefahr eines übermäßigen Kühlmittelabflusses zu schaffen. Die Hülse stellt in diesem Fall eine Blende dar.
Zweckmäßig weist das Blenden- oder Verschlusselement bzw. die Hülse eine außen liegende Umfangsnut auf. Eine derartige außen liegende Umfangsnut ist einerseits fertigungstechnisch einfachst herzustellen und bewirkt andererseits beim Gießen des Kolbens ein Einfließen von Gießmaterial und dadurch eine zuverlässige Fixierung des Blenden- oder Verschlusselements bzw. der Hülse im fertig gegossenen Kolben. Selbstverständlich kann anstelle der außen liegenden Umfangsnut auch eine anders ausgebildete Kontur, bspw. vor- oder zurückspringend, vorgesehen sein, welche eine Verzahnung mit dem
Gussmaterial des Kolbens und darüber eine feste Fixierung des Blenden- oder Verschlusselements bzw. der Hülse im gegossenen Kolben gewährleistet.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung weist die Hülse einen Außendurchmesser von ca. 4 bis 5 mm, vorzugsweise von ca. 4,5 mm, und einen Innendurchmesser von ca. 1 bis 2 mm, vorzugsweise von ca. 1 ,8 mm, auf. Der Außendurchmesser des Stiftes entspricht dabei im Wesentlichen dem Innendurchmesser der Hülse, hier also bspw. 1 ,8 mm. Im Vergleich zu bisherigen Stützen, bei welchen der Außendurchmesser dem späteren
Innendurchmesser des hierdurch geschaffenen Abflusses entsprach, kann durch die erfindungsgemäße Hülse der Durchmesser des Zwischenablaufs von bspw. 4,5 auf 1 ,8 mm reduziert und dadurch der über den Zwischenablauf abfließende Kühlmittelstrom stark verringert werden.
Zweckmäßig ist die Hülse zwischen dem Gießkern und einer Negativform, insbesondere einem weiteren Gießkern, angeordnet, wobei der Stift sowohl in den Gießkern als auch in die Negativform eindringt und diese dadurch
aneinander fixiert. Nach dem Gießen des Kolbens wird dann der den Kühlkanal bildende Gießkern gelöst, insbesondere ausgewaschen, und der Stift aus der Hülse gezogen, wogegen die Hülse aufgrund der Verzahnung ihrer Umfangsnut mit dem Gussmaterial des Kolbens im Kolben verbleibt. Der Stift bzw. die Hülse können dabei aus Metall, insbesondere aus Stahl oder aus einer Stahllegierung gebildet sein, wobei der Stift nicht nur die Abstützfunktion des darauf abgelegten Gießkerns bewirkt, sondern auch eine Fixierung desselben gegen ein seitliches Verschieben bzw. Abheben von den Stützen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Blenden- oder Verschlusselement einen in den Gießkern eindringenden Stift aufweist, wobei das Blenden- oder Verschlusselement auf seiner dem Stift abgewandten Seite ein buchsenartige Ausnehmung aufweist. Über die
buchsenartige Ausnehmung kann das Blenden- oder Verschlusselement beispielsweise an einer Negativform fixiert werden, wogegen eine Fixierung am Gießkern über den in diesen eindringenden Stift erfolgt. Durch das Blenden- oder Verschlusselement ist eine später Leckage freie Abstützung des Gießkerns möglich, da durch das Blenden- oder Verschlusselement keine fluidführende Verbindung und damit kein Zwischenablauf geschaffen werden. Stift und Hülse können einteilig oder einstückig ausgebildet sein oder aber mehrteilig und anschließend miteinander verbunden werden.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen
Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
Dabei zeigen, jeweils schematisch, eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Gießform, Fig. 2 einen mit der erfindungsgemäßen Gießform gegossenen Kolben,
Fig. 3 eine Darstellung der erfindungsgemäßen Gießform im Bereich einer dritten Stütze inklusive Detaildarstellung,
Fig. 4-7 die erfindungsgemäße Gießform im Bereich der dritten Stütze bei unterschiedlichen Ausführungsformen.
Entsprechend den Figuren 1 und 3, weist eine erfindungsgemäße Gießform 1 eines Kolbens 2 (vgl. Fig. 2) einer im übrigen nicht gezeigten Brennkraftmaschine einen löslichen und im Wesentlichen ringförmigen Gießkern 3 (vgl. Fig. 1 ) zur Bildung eines Kühlkanals 4 (vgl. Fig. 1 und 3) auf, mit zwei diesen Gießkern 3 während eines Gießvorgangs tragenden Stützen 5,6, die an einer
Verbindungsstelle mit dem Gießkern 3 einen späteren Zulauf 7 und einen Ablauf 8 des Kühlkanals 4 bilden (vgl. Fig. 1 ). Der Kühlkanal 4 ist dabei ringförmig ausgebildet und nur im Bereich des Zulaufs 7 und des Ablaufs 8 in Bezug auf die Ringform unterbrochen. Bei einer speziellen Ausführungsform der Erfindung sind nun die beiden Stützen 5,6 benachbart zueinander angeordnet, wobei auf einer dem Zulauf 7 und dem Ablauf 8 gegenüberliegenden Seite des Gießkerns 3 eine dritte Stütze 9 zur Abstützung des Gießkerns 3 vorgesehen ist. Erfindungsgemäß ist an einer Verbindungsstelle zwischen zumindest einer der beiden Stützen 5,6 oder einer zusätzlichen dritten Stütze 9 und dem Gießkern 3 ein Blenden- oder Verschlusselement 15 angeordnet, das nach dem Gießvorgang zumindest teilweise fest mit dem Kolben 2 verbunden ist und das die Verbindungsstelle nach Entfernen des Gießkerns 3 verschließt oder einen zumindest gedrosselten Zwischenablauf 14 bildet. Das Blenden- oder Verschlusselement 15 weist dabei einen in den Gießkern 3 eindringenden Stift 10 (vgl. Fig. 3 bis 7) auf, auf dem eine Hülse 1 1 aufgezogen ist. Durch die dritte Stütze 9 ist es möglich, den Zulauf 7 und den Ablauf 8 eng benachbart zueinander anzuordnen und den Gießkern 3 trotzdem an einer dritten Stelle abzustützen, wodurch die Gießform 1 insgesamt stabiler ausgeführt werden kann. Das Blenden- oder Verschlusselement 15 bzw. dessen Stift 10 in Verbindung mit der Hülse 1 1 wiederum ermöglichen eine Reduzierung des Durchmessers und damit auch des Querschnitts des durch den Stift 10 gebildeten Zwischenablaufs 14 von einem Durchmesser di auf einen Durchmesser 02 (vgl. Fig. 4) und dadurch eine Reduzierung des über den
Zwischenablauf 14 im Bereich der dritten Stütze 9 abfließenden Kühlmittelanteils.
Der Zulauf 7, der Ablauf 8 und/oder der Zwischenablauf 14, d. h. die Stütze 9, können dabei im Wesentlichen orthogonal zur Ringebene des Gießkerns 3 ausgebildet sein, wie dies bspw. der Fig. 1 zu entnehmen ist. Das Blenden- oder Verschlusselement 15 bzw. die Hülse 1 1 kann darüber hinaus eine Umfangsnut 12 aufweisen (vgl. Fig. 3 und 4), die die Hülse 1 1 durch ein Eindringen von Gussmaterial beim Gießen des Kolbens 2 nach dem Entfernen des Stiftes 10 im Kolben 2 fixiert. Selbstverständlich können anstelle der Umfangsnut 12 auch andere vor- oder zurückspringende Konturen an einer Außenmantelfläche der Hülse 1 1 angeordnet sein, die eine hinterschnittartige Verbindung mit dem
Gussmaterial des Kolbens 2 bewirken und dadurch das Blenden- oder
Verschlusselement 15 bzw. die Hülse 1 1 zuverlässig im fertig gegossenen Kolben 2 fixieren. Die Hülse 1 1 kann, wie in Fig. 4 dargestellt ist,
selbstverständlich auch einen glatten Außenmantel aufweisen und lediglich durch Haftreibung im Gussmaterial des Kolbens 2 gehalten werden. Die Hülse 1 1 kann bspw. einen Außendurchmesser von ca. 4 bis 5 mm, vorzugsweise von ca. 4,5 mm, und einen Innendurchmesser von ca. 1 bis 2 mm, vorzugsweise von ca. 1 ,8 mm, aufweisen, wobei der Innendurchmesser der Hülse 1 1 dem
Außendurchmesser des Stiftes 10 im Wesentlichen entspricht. Der Kolben 2 kann bspw. als Leichtmetallkolben, insbesondere aus einer Aluminiumlegierung, gegossen werden, wobei für das Material der Hülse 1 1 und/oder des Stiftes 10 insbesondere eine Aluminiumlegierung, oder eine Ausbildung aus Stahl infrage kommt. Der Stift 10 bewirkt nicht nur eine vertikale Abstützung des Gießkerns 3, sondern auch eine Fixierung desselben im Hinblick auf ein seitliches Verschieben sowie ein Abheben, wodurch eine insgesamt steifere Gießform 1 geschaffen werden kann.
Betrachtet man die Fig. 3, so kann man erkennen, dass die Hülse 1 1 zwischen dem Gießkern 3 und einer Negativform 13, bspw. einer Metallform oder einer Sand-/Salzform, angeordnet ist, wobei der Stift 10 in den Gießkern 3 und die Negativform 13 eindringt und dadurch diese aneinander fixiert. Der Gießkern 3 kann bspw. als Sand- oder Salzkern ausgebildet sein.
Generell sind unterschiedlichste Ausführungsformen der Stützen 5,6 und 9 denkbar, wobei diese später als Zulauf 7, als Ablauf 8, als Zwischenablauf 14 fungieren können. Bei einer reinen Abstützfunktion der Stützen 5,6,9 ist denkbar, dass der Zulauf 7 und der Ablauf 8 im fertig gegossenen Kolben 2 mittels einer Bohrung eingebracht werden.
Gemäß den Fig. 2 und 3 ist ein Blenden- oder Verschlusselement 15 mit einer Hülse 1 1 gezeigt, das über den Stift 10 sowohl im Gießkern 3 als auch in der Negativform 13 gehalten ist. Durch ein Entfernen des Stiftes 10 wird nach dem Gießvorgang ein hinsichtlich seines Querschnittes reduzierter Zwischenablauf 14 geschaffen. Der Stift 10 kann dabei sogar so lange ausgebildet sein, dass die Negativform 13 durchdringt. Gemäß der Fig. 5 ist ein Blenden- oder
Verschlusselement 15 gezeigt, das sich aus einem Stift 10 und einer Hülse 1 1 zusammensetzt, wobei das Blenden- oder Verschlusselement 15 nach dem Gießvorgang im Kolben 2 verbleibt. Dies bedeutet, dass durch den ebenfalls im Kolben 2 verbleibenden Stift 10 der Kühlkanal 4 an der Verbindungsstelle zur Stütze 9 dicht und damit Leckage frei verschlossen ist. Eine dazu ähnliche Ausführungsform ist in Fig. 6 dargestellt, bei welcher Stift 10 und Hülse 1 1 einstückig gefertigt sind und dadurch ein einstückiges Blenden- oder
Verschlusselement 15 bilden. Gemäß der Fig. 7 ist eine Ausführungsform des Blenden- oder Verschlusselement 15 gezeigt, das einen in den Gießkern 3 eindringenden Stift 10 aufweist, der integraler Bestandteil des Blenden- oder Verschlusselement 15 ist, wobei das Blenden- oder Verschlusselement 15 auf seiner dem Stift 10 abgewandten Seite ein buchsenartige Ausnehmung 16 aufweist. Über die buchsenartige Ausnehmung 16 kann das Blenden- oder Verschlusselement 15 von einem Stift 10' oder einer Negativform 13 gehalten und fixiert werden.
Generell ist zu den Darstellungen zu sagen, dass das Blenden- oder
Verschlusselement 15, die Hülse 1 1 und der Stift 10 an allen Stützen 5,6,9 einsetzbar sind und zwar in beliebiger Ausgestaltung, da der Zulauf 7, der Ablauf 8 oder der Zwischenablauf 14 generell auch in einem späteren Verfahrensschritt mittels einer Bohrung hergestellt werden können.
Aus Stabilitätsgründen wird der Gießkern 3, der die spätere Form des Kühlkanals 4 im fertiggegossenen Kolben 2 festlegt, an zumindest zwei gegenüberliegenden Punkten durch die Gießform 1 abgestützt. Eine Abstützung ist dabei
beispielsweise an der Position des späteren Zulaufs 7 und erzeugt damit durch die Berührfläche zum Gießkern 3 bereits eine Zulauföffnung zum späteren Kühlkanal 4. Zu- und Ablauf 7,8 befinden sich beim beschriebenen Kühlkanal 4 benachbart auf derselben Seite des Kolbens 2, um eine gute Kühlung zu erhalten, da das Kühlfluid den ganzen Kühlkanal 4 durchströmen muss.
Demzufolge ist eine Abstützung an Zu- 7 und Ablauf e aus Stabilitätsgründen nicht ausreichend. Es ist eine Abstützung notwendig, die sich, bezogen auf die Kolbenlängsachse, in etwa gegenüber dem Zu- oder Ablauf 7,8 befindet. Diese Abstützung 9 erzeugt eine nicht erwünschte, zusätzliche Öffnung zum Kühlkanal 4 (Zwischenablauf 14), welche ein Abfließen des Öls bereits vor dem eigentlichen Ablauf 8 verursacht. Um diese zusätzliche Öffnung zu verschließen bzw. zu verkleinern soll das Blenden- oder Verschlusselement 15 zwischen Gießkern 3 und Stütze 9 eingegossen werden. Das Blenden- oder Verschlusselement 15 hat zudem die Funktion den Gießkern 3 zu fixieren. Das Blenden- oder
Verschlusselement 15 verschließt den Kühlkanal 4 komplett oder ermöglicht einen reduzierten Abfluss von Kühlfluid. Das Blenden- oder Verschlusselement 15 weist vorzugsweise eine Außenkontur auf, die es ermöglicht, einen
Formschluss zum fertig gegossenen Kolben 2 zu gewährleisten.
Das Herstellen des erfindungsgemäßen Kolbens 2 erfolgt dabei wie folgt:
Zunächst wird der lösliche und im Wesentlichen ringförmige Gießkern 3 zur Bildung des Kühlkanals 4 auf drei diesen Gießkern 3 während des Gießvorgangs tragenden Stützen 5,6,9 abgestützt, wobei die ersten beiden Stützen 5,6 benachbart zueinander angeordnet sind und im Verbindungsbereich mit dem Gießkern 3 den späteren Zulauf 7 und Ablauf 8 des Kühlkanals 4 bilden. Auf der dem Zulauf 7 und dem Ablauf 8 gegenüberliegenden Seite des Gießkerns 3 liegt dieser auf der dritten Stütze 9 auf. An einer Verbindungsstelle zwischen der dritten Stütze 9 und dem Gießkern 3 ist ein Blenden- oder Verschlusselement 15 angeordnet, das nach dem Gießvorgang zumindest teilweise fest mit dem Kolben 2 verbunden ist und das die Verbindungsstelle nach Entfernen des Gießkerns 3 verschließt oder einen zumindest gedrosselten Zwischenablauf 14 bildet. Das Blenden- oder Verschlusselement 15 besitzt einen in den Gießkern 3
eindringenden Stift 10, auf dem die Hülse 1 1 aufgezogen ist. Die Hülse 1 1 ist dabei zwischen dem Gießkern 3 und der Negativform 13, bspw. einer Metallform, angeordnet, wobei der Stift 10 sowohl in den Gießkern 3 als auch in die
Negativform 13 eindringt und dadurch diese aneinander fixiert (Vgl. Fig. 3,4,5 und 6). Mittels dieser Gießform 1 wird nun der Kolben 2 gegossen und nach dem Abkühlen der den Kühlkanal 4 bildende Gießkern 3 aufgelöst, insbesondere ausgewaschen. Dabei wird auch der Stift 10 aus der Hülse 1 1 herausgezogen, sodass lediglich die Hülse 1 1 im gegossenen Kolben 2 verbleibt. Eine Fixierung der Hülse 1 1 im Kolben 2 ist dabei über entsprechende vor- oder
zurückspringende Konturen bzw. Umfangsnuten 12 an deren Außenseite gegeben. Je nachdem, ob das Blenden- oder Verschlusselement 15 als Blendenelement oder als Verschlusselement ausgebildet ist, ist kein oder ein reduzierter Abfluss von Kühlfluid möglich.
Mit der erfindungsgemäßen, insbesondere dritten Abstützung des Gießkerns 3 kann eine besonders stabile Gießform 1 geschaffen werden, wobei über das Blenden- oder Verschlusselement 15 ein unerwünscht hoher Abfluss von Kühlmittel aus dem Kühlkanal 4 an der Stelle des Zwischenablaufs 14 unterbunden werden kann.

Claims

Ansprüche
1 . Gießform (1 ) eines Kolbens (2) einer Brennkraftmaschine mit einem löslichen und im Wesentlichen ringförmigen Gießkern (3) zur Bildung eines Kühlkanals (4) und mit zumindest zwei diesen Gießkern (3) während des Gießvorgangs tragenden Stützen (5,6),
dadurch gekennzeichnet,
dass an einer Verbindungsstelle zwischen zumindest einer der beiden Stützen (5,6) oder einer zusätzlichen dritten Stütze (9) und dem Gießkern (3) ein
Blenden- oder Verschlusselement (15) angeordnet ist, das nach dem
Gießvorgang zumindest teilweise fest mit dem Kolben (2) verbunden ist und das die Verbindungsstelle nach Entfernen des Gießkerns (3) verschließt oder einen zumindest gedrosselten Zwischenablauf (14) bildet.
2. Gießform nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
- dass das Blenden- oder Verschlusselement (15) einen in den Gießkern (3) eindringenden Stift (10) aufweist, auf dem eine Hülse (1 1 ) aufgezogen ist, oder
- dass das Blenden- oder Verschlusselement (15) einen in den Gießkern (3) eindringenden Stift (10) und auf seiner dem Stift (10) abgewandten Seite eine buchsenartige Ausnehmung (16) aufweist.
3. Gießform nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, - dass die zwei Stützen (5,6) an der Verbindungsstelle mit dem Gießkern (3) einen späteren Zulauf (7) und einen Ablauf (8) des Kühlkanals (4) bilden,
- dass die beiden Stützen (5,6) benachbart zueinander angeordnet sind,
- dass auf einer dem Zulauf (7) und dem Ablauf (8) gegenüberliegenden Seite des Gießkerns (3) die dritte Stütze (9) zur Abstützung desselben vorgesehen ist.
4. Gießform nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Zulauf (7), der Ablauf (8) und/oder der Zwischenablauf (14) im
Wesentlichen orthogonal zur Ringebene des Gießkerns (3) ausgerichtet sind, mit einer Abweichung von bis zu 5°.
5. Gießform nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Blenden- oder Verschlusselement (15) oder die Hülse (1 1 ) desselben eine außenliegende Umfangsnut (12) aufweist.
6. Gießform nach einem der Ansprüche 2 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
- dass die Hülse (1 1 ) nach dem Gießen im Kolben (2) fixiert ist, wogegen der Stift (10) entnehmbar ist, und/oder
- dass das Blenden- oder Verschlusselement (15) einen einstückig mit der Hülse (1 1 ) ausgebildeten Stift (10) aufweist.
7. Gießform nach einem der Ansprüche 2 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass das Blenden- oder Verschlusselennent (15) oder eine Hülse (1 1 ) desselben einen Außendurchmesser von ca. 4 bis 5 mm und einen Innendurchmesser von, ca. 1 bis 2 mm aufweisen/aufweist.
8. Gießform nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Kolben (2) aus einer Leichtmetalllegierung, insbesondere aus einer Aluminiumlegierung, ausgebildet ist.
9. Gießform nach einem der Ansprüche 2 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Hülse (1 1 ) zwischen dem Gießkern (3) und einer Negativform (13) angeordnet ist, wobei der Stift (10) in den Gießkern (3) und die Negativform (13) eindringt und dadurch diese aneinander fixiert.
10. Gießform nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Gießkern (3) und/oder die Negativform (13) als Salzkern oder als Sandkern ausgebildet sind/ist.
1 1 . Gegossener Kolben (2) für eine Brennkraftmaschine mit einem innen liegenden ringförmigen Kühlkanal (4) zur Kühlung des Kolbens (2) während des Betriebs der Brennkraftmaschine, wobei der Kühlkanal (4) durch eine Gießform (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt ist.
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