DE102011106655A1

DE102011106655A1 - Verfahren zur Herstellung eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102011106655A1
Application number: DE201110106655
Authority: DE
Inventors: Helmut Kollotzek; Sven Schilling
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2011-07-05
Filing date: 2011-07-05
Publication date: 2013-01-10
Also published as: WO2013004214A1

Abstract

Vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Herstellung eines Kolbens (1) für einen Verbrennungsmotor mit einem nahe dem Kolbenboden (2) radial außen angeordneten Ringträger (3) und mit einem radial innerhalb des Ringträgers (3) angeordneten Kühlkanal (10), wobei der Kühlkanal (10) unter Verwendung eines Salzkerns (4) hergestellt wird. Hierbei wird ein Rohlings des Salzkerns (4') durch Pressen hergestellt, wobei an die radiale Außenfläche des Salzkerns (4) mindestens drei, gleichmäßig über den Umfang des Salzkerns (4) verteilte Distanzrippen (6a bis 6e) angeformt werden. Ein Rohlings des Ringträgers (3) und der Salzkern (4) werden in der Gießform mittels Pinolen (5, 5') derart befestigt, dass der Salzkern (4) von den Distanzrippen (6a bis 6e) auf Abstand zum Rohling des Ringträgers (3) gehalten. Anschließend wird Schmelze in die Gießform gegossen, und der Kolben (1) durch spanende Fertigungsverfahren fertiggestellt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Ein Kolben mit einem Ringträger und mit einem radial innerhalb des Ringträgers angeordneten Kühlkanal, wobei der Kühlkanal unter Verwendung eines löslichen Kerns hergestellt wird, ist aus dem Deutschen Patent DE 102 18 999 bekannt. Der Kern, womit der Kühlkanal hergestellt wird und damit auch der Kühlkanal weisen hierbei wellenförmige Ausbuchtungen auf, die koaxial an den Ringträger grenzen uns diesen berühren. Beim Gießen des Kolbens unter Verwendung des wellenförmig ausgebildeten Kerns ergibt sich hierbei der Nachteil, dass nur wenig Raum zwischen dem Kern und dem Ringträger bleibt. Hierdurch muss die Schmelze beim Gießen des Kolbens einen großen Fließwiderstand überwinden, um durch den Raum zwischen Kern und Ringträger zu fließen, was die Gefahr mit sich bringt, dass der Ringträger nicht vollständig umgossen wird, und damit eine intakte Ringträgerbindung nicht mehr gewährleistet ist.
Diesen Nachteil des Standes der Technik zu vermeiden ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung.
Gelöst wird die Aufgabe mit den im Kennzeichen des Hauptanspruches stehenden Merkmalen.
Hierbei weist der Salzkern zur Herstellung des Kühlkanals radial außen Distanzrippen auf, wodurch trotz möglicher gießtechnischer Lagetoleranzen des Salzkerns in der Gießform der Salzkern immer auf Abstand zum Ringträger gehalten wird, sodass sich zwischen dem Salzkern und dem Ringträger auch immer ein ausreichend großer über den Umfang verteilter Spalt ergibt, durch den beim Gießen des Kolbens die Schmelze ohne Widerstand fließen und damit den Ringträger umfließen kann.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen
1 einen Schnitt durch den Kopf eines Kolbenrohlings mit einem Ringträger und einem Salzkern,
2 den Ringträger und den Salzkern in Draufsicht, wie sie in der Gießform angeordnet sind,
3 einen gepressten Salzkernrohling und
4 den Salzkern nach der Fertigbearbeitung.
1 zeigt einen Schnitt durch den Kopf eines Rohlings eines Kolbens 1 für einen Verbrennungsmotor, der nahe dem Kolbenboden 2 radial außen den Rohling eines Ringträgers 3 aufweist. Radial innerhalb des Ringträgers 3 ist ein Salzkern 4 angeordnet, der im Rohling des Kolbens 1 mit den Pinolen 5 und 5' verbunden ist, über die der Salzkern 4 in der Gießform für den Kolben 1 befestigt ist.
Erkennbar ist in 1 eine Distanzrippe 6, die radial außen an den Salzkern 4 angeformt ist, und die einen Abstand 7' vom Ringträger 3 aufweist. Der sich hierbei bildende Spalt 7' weist eine Größe von mindestens 0,1 mm auf und ist in 1 und 2 vergrößert eingezeichnet. Angestrebt wird, den Salzkern so in der Gießform zu befestigen, dass zwischen allen Distanzrippen 6a bis 6e (2) und dem Ringträger 3 der Spalt 7' gleich groß ist.
Es kann aber wegen gießtechnisch bedingter Lagetoleranzen des Gießkerns 4 in der Gießform dazu kommen, dass eine Distanzrippe 6 in Kontakt mit dem Ringträger 3 kommt. In so einem Fall hat die betreffende Distanzrippe 6 die Aufgabe, den Salzkern 4 auf Distanz zum Ringträger 3 zu halten, wobei sich ein über den Umfang verteilter, ausreichend großer Spalt 7 ergibt, der dafür sorgt, dass beim Gießen des Kolbens 1 die Schmelze ungehindert zwischen Ringträger 3 und Salzkern 4 gelangen kann, sodass auch in dem Bereich, in dem eine Distanzrippe 6 den Ringträger 3 tangiert, ein ausreichend großer Spalt 7 von mindestens 2,5 mm bleibt, der gewährleistet, dass auch in diesem kritischen Bereich der Ringträger 3 umgossen wird. Hierbei kann der Kolben aus Aluminium oder aus Stahl gegossen werden.
Im Rahmen der Fertigstellung des Kolbens 1 wird in den Ringträger 3 eine gestrichelt eingezeichnete Ringnut 8 eingedreht, werden die Pinolen 5, 5' aus dem Kolbenrohling entfernt und wird über die dabei entstehenden Kanäle 9, 9' der Salzkern 4 aus dem Kolben 1 ausgewaschen, sodass sich anstelle des Salzkern 4 ein geschlossenes Kühlkanal 10 ergibt. Im Motorbetrieb wird über die Kanäle 9, 9' Öl in den Kühlkanal 10 ein- und wieder ausgeleitet.
2 zeigt den Ringträgerrohling 3 und den Salzkern 4 in Draufsicht, wie sie in der Gießform angeordnet sind, mit Distanzrippen 6a bis 6e, die gleichmäßig über den Umfang verteilt sind, auf Abstand zum Ringträger 3 gehalten sind und dadurch dafür sorgen, dass auch bei kritischen Montagebedingungen der Spalt 7 zwischen Ringträger 3 und Salzkern 4 über den Umfang eine ausreichende Breite hat. Der Spalt 7 hat eine Breite von 2 bis 3 mm. Hierdurch ist gewährleistet, dass die Schmelze ungehindert zwischen Ringträger 3 und Salzkern 4 hindurchfließen und den Ringträger 3 umgießen kann.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind alle Distanzrippen 6a bis 6e auf Abstand zum Ringträger 3 angeordnet. Wegen der Piniolen 5, 5' zur Halterung des Salzkerns 4 in der Gießform sind die Distanzrippen 6a bis 6e zur Fixierung des Salzkerns 4 nicht erforderlich. Die Distanzrippen 6a bis 6e sorgen ausschließlich dafür, dass der Spalt 7 zwischen Ringträger 3 und Salzkern 4 über den Umfang ausreichend groß ist und nicht kleiner als 2,5 mm wird, wenn der Salzkern 4 in eine Richtung verschoben wird.
3 zeigt einen Rohling des Salzkerns 4 mit den Distanzrippen 6a bis 6e, der durch Pressen hergestellt wird. Hierbei haben die Distanzrippen 6a bis 6e fertigungsbedingt die gleiche axiale Länge wie der Salzkernrohling 4.
Der in 4 dargestellte Salzkern 4 ergibt sich nach der Reduzierung der axialen Länge des Salzkerns 4 und insbesondere nach der Verringerung der axialen Länge der Distanzrippen 6a bis 6e. Diese Fertigbearbeitung des Salzkerns erfolgt durch Drehen, wobei die hierdurch bearbeiteten Flächen 12, 12' in 4 schwarz gezeichnet sind.
Bezugszeichenliste

1: Kolben
2: Kolbenboden
3: Ringträger
4: Salzkern
5, 5': Pinole
6a bis 6e: Distanzrippe
7, 7': Spalt
8: Ringnut
9, 9': Kanal
10: Kühlkanal
12, 12': Fläche des Salzkerns 4

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10218999 [0002]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Kolbens (1) für einen Verbrennungsmotor mit einem nahe dem Kolbenboden (2) radial außen angeordneten Ringträger (3) und mit einem radial innerhalb des Ringträgers (3) angeordneten Kühlkanal (10), wobei der Kühlkanal (10) unter Verwendung eines Salzkerns (4) hergestellt wird, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte: – Herstellen eines Rohlings des Salzkerns (4) durch Pressen, wobei an die radiale Außenfläche des Salzkerns (4) mindestens drei, gleichmäßig über den Umfang des Salzkerns (4) verteilte Distanzrippen (6a bis 6e) angeformt werden, – Fertigstellen des Salzkerns (4) durch Drehen, wobei die axiale Länge des Salzkerns (4) und der Distanzrippen (6a bis 6e) verringert werden, Befestigung eines Rohlings des Ringträgers (3) in einer Gießform für den Kolben (1), – Befestigung des Salzkerns (4) in der Gießform mittels Pinolen (5, 5') derart, dass zwischen allen Distanzrippen (6a bis 6e) und dem Ringträger (3) ein Abstand von mindestens 0,1 mm eingehalten wird, und dass sich dabei ein Spalt (7) von 2 bis 3 mm, mindestens jedoch von 1 mm zwischen dem Salzkern (4) und dem Rohling des Ringträgers (3) ergibt, – Gießen von Schmelze in die Gießform, wobei der Spalt (7) mit Schmelze ausgefüllt wird, – Eindrehen einer Ringnut (8) in den Rohling des Ringträgers (3), – Entfernen der Pinolen (5, 5') aus der Gießform zur Bildung von Kanälen (9, 9') zwischen dem Salzkern (4) und der axial unteren Außenfläche des Kolbenrohlings, – Auswaschen des Salzkerns (4) über die Kanäle (9, 9') zur Bildung eines Kühlkanals (10), – Fertigstellen des Kolbens (1) durch spanende Fertigungsverfahren.