DE102012203800B3

DE102012203800B3 - Method and device for producing a piston with a cooling channel, and then produced piston

Info

Publication number: DE102012203800B3
Application number: DE201210203800
Authority: DE
Inventors: Isabella Sobota; Marc-Manuel Matz; Frank Dörnenburg; Dirk Thiemann
Original assignee: Federal Mogul Nuernberg GmbH
Current assignee: Federal Mogul Nuernberg GmbH
Priority date: 2012-03-12
Filing date: 2012-03-12
Publication date: 2013-05-29
Anticipated expiration: 2032-03-13
Also published as: WO2013135525A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Kolbens mit einem Kühlkanal. Hierbei wird in eine Nut, die zumindest in Teilen die Form des auszubildenden Kühlkanals definiert, eine Negativform für den Kühlkanal eingesetzt. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung einen Kolben, der in einem solchen Verfahren herstellbar ist, und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.The present invention relates to a method of manufacturing a piston with a cooling channel. Here, in a groove which defines the shape of the cooling channel to be formed, at least in part, a negative mold for the cooling channel is used. Furthermore, the present invention relates to a piston which can be produced in such a method, and an apparatus for carrying out this method.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Kolbens mit einem Kühlkanal. Ferner betrifft sie einen Kolben und eine Vorrichtung zum Ausbilden eines Kühlkanals in einem Kolben.The invention relates to a method for producing a piston with a cooling channel. Further, it relates to a piston and an apparatus for forming a cooling passage in a piston.

Bei der Herstellung von Kolben für Verbrennungsmotoren werden diese häufig mit Kühlkanälen versehen. Diese sind in bestimmten Fällen nötig, um die Kolben bei der Verwendung in Verbrennungsmotoren zu kühlen. Hierbei wird durch den Kühlkanal ein Kühlmittel wie zum Beispiel Öl geleitet.In the production of pistons for internal combustion engines, these are often provided with cooling channels. These are necessary in certain cases to cool the pistons when used in internal combustion engines. Here, a coolant such as oil is passed through the cooling channel.

Stand der TechnikState of the art

Gemäß dem Stand der Technik werden verschiedene Verfahren vorgeschlagen, um die oben genannten Kühlkanäle in Kolben auszubilden und sie zu verschließen. Ein solches Verfahren wird z. B. in der EP 1 929 146 B1 beschrieben. Gemäß diesem Dokument wird in einen Kolbenrohling eine Nut eingearbeitet. In diese Nut wird eine leicht verformbare, entfernbare Masse eingebracht. Auf diese entfernbare Masse wird ein Verstärkungsmaterial wie z. B. eine Nickel-Kupfer-Legierung aufgebracht, und die entfernbare Masse wird anschließend entfernt.According to the prior art, various methods are proposed for forming and closing the aforesaid cooling channels in pistons. Such a method is z. B. in the EP 1 929 146 B1 described. According to this document, a groove is incorporated in a piston blank. In this groove an easily deformable, removable mass is introduced. On this removable mass is a reinforcing material such. As a nickel-copper alloy is applied, and the removable mass is then removed.

Die WO 2010/007180 A2 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Kernen auf der Basis von Salz. Diese Kerne werden als Hohlraumplatzhalter bei der Herstellung von metallischen Werkstücken verwendet.The WO 2010/007180 A2 describes a process for the preparation of salt-based cores. These cores are used as cavity locators in the manufacture of metallic workpieces.

Die WO 2007/036563 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Kernen, die beim Gießen von Werkstücken aus Metall in die Form eingesetzt werden. Diese haben den Zweck, in den Werkstücken Hohlräume beim Füllen der Formen mit dem z. B. metallischen Werkstoff freizuhalten.The WO 2007/036563 A1 describes a method of making cores used in casting metal workpieces into the mold. These have the purpose of cavities in the workpieces when filling the molds with the z. B. metallic material.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Gegenüber dem Stand der Technik ergibt sich als Aufgabe, ein Verfahren zum Herstellen eines Kolbens mit einem Kühlkanal bereitzustellen, bei dem ein Füllmaterial auf ein verformbares Material, das den auszubildenden Kühlkanal definiert, aufgetragen wird. Hierbei will man eine höhere Flexibilität in der Herstellung des Kolbens erzielen.Compared with the prior art, it is an object to provide a method for producing a piston with a cooling channel, in which a filling material is applied to a deformable material, which defines the cooling channel to be formed. Here one wants to achieve a higher flexibility in the production of the piston.

Eine Lösung dieser Aufgabe ergibt sich durch das Verfahren gemäß Anspruch 1.A solution to this problem results from the method according to claim 1.

Gemäß Anspruch 1 wird bei einem Verfahren zum Herstellen eines Kolbens mit einem Kühlkanal zunächst ein Kolben z. B. aus einer Aluminiumlegierung mit einer Nut radial außen bereitgestellt. Diese Nut definiert zumindest in Teilen die Form des auszubildenden Kühlkanals. Anders gesagt bildet ein Teil der Begrenzungsfläche der Nut auch einen Teil der Begrenzungsfläche des auszubildenden Kühlkanals. Insbesondere wird derjenige Teil des auszubildenden Kühlkanals durch die Nut definiert, der nicht nach Fertigstellung des Kolbens durch ein später erwähntes Füllmaterial bedeckt wird.According to claim 1, in a method for producing a piston with a cooling channel, first a piston z. B. made of an aluminum alloy with a groove radially outward. This groove defines, at least in part, the shape of the cooling channel to be formed. In other words, part of the boundary surface of the groove also forms part of the boundary surface of the cooling channel to be formed. In particular, that part of the cooling channel to be formed is defined by the groove, which is not covered after completion of the piston by a filler material mentioned later.

Anschließend an das Bereitstellen des Kolbens wird eine Negativform für den Kühlkanal in die Nut eingesetzt. Hierbei bildet sich zwischen der Negativform und der Nutwand ein Zwischenraum. Dieser Zwischenraum entspricht im Wesentlichen dem auszubildenden Kühlkanal in Form und Lage innerhalb des Kolbens. Anschließend wird ein verformbares und entfernbares Material in den Zwischenraum eingefüllt, sodass das verformbare Material im Wesentlichen die Form des Zwischenraums annimmt. Das heißt, dass der Zwischenraum als eine Form für das verformbare Material dient. Im Anschluss daran geht dieses eingefüllte verformbare Material in einen „formfesten” Zustand über, d. h. in einen Zustand, in dem das Material die Form des Zwischenraums auch bei Abwesenheit der Negativform beibehält. Dies kann zum Beispiel bedeuten, dass das Material erstarrt, es reicht jedoch aus, wenn es einen hochviskosen Brei bildet.Subsequent to the provision of the piston, a negative mold for the cooling channel is inserted into the groove. Here, a gap is formed between the negative mold and the groove wall. This intermediate space essentially corresponds to the cooling channel to be formed in the form and position within the piston. Subsequently, a deformable and removable material is filled in the gap, so that the deformable material takes substantially the shape of the gap. That is, the gap serves as a mold for the deformable material. Subsequently, this filled deformable material is in a "solid state" over, d. H. in a state in which the material maintains the shape of the gap even in the absence of the negative mold. This may mean, for example, that the material solidifies, but it is sufficient if it forms a high-viscosity pulp.

Hieran anschließend wird die mindestens eine Negativform entfernt. Somit liegt nach dem Entfernen der Negativform das nunmehr formfeste Material durch die Nut nach außen hin frei.Following this, the at least one negative mold is removed. Thus, after the removal of the negative mold, the now dimensionally stable material is exposed to the outside through the groove.

Im Anschluss daran wird ein Füllmaterial in die Nut eingebracht und bedeckt das Material, das in den oben erwähnten Zwischenraum eingebracht wurde, direkt. Dieses Material füllt denjenigen Teil der Nut, der nicht durch das verformbare Material ausgefüllt ist, im Wesentlichen aus. Bei dem Füllmaterial kann es sich zum Beispiel um ein metallisches Füllmaterial (z. B. Al-Fe-Legierungen mit Mg und/oder Si) als Kolbennutarmierung handeln. Es ist aber auch möglich, als Füllmaterial nur Al oder nur Fe zu verwenden. Dieses Füllmaterial lässt man dann erstarren, was z. B. bei einem verflüssigten Metall durch Abkühlen geschehen kann.Subsequently, a filler is introduced into the groove and directly covers the material which has been introduced into the above-mentioned space. This material substantially fills that part of the groove which is not filled by the deformable material. The filler may be, for example, a metallic filler (eg, Al-Fe alloys with Mg and / or Si) as the piston grooved. But it is also possible to use as filler only Al or Fe only. This filler then allowed to solidify what z. B. can be done by cooling in a liquefied metal.

Nachdem dieses Füllmaterial somit in einen festen Zustand übergegangen ist wird das entfernbare Material im Zwischenraum im Wesentlichen entfernt.After this filling material has thus become solid, the removable material in the intermediate space is substantially removed.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist eine höhere Flexibilität in der Ausgestaltung der Kühlkanäle. So ist man nicht mehr an Einlegeteile gebunden, die man vor dem Gießen eines Kolbens in die Gussform einlegt. Im Gegensatz kann man eine Nut z. B. in einem vorgefertigten Kolben durch Drehen o. ä. ausbilden und diese dann nach dem geschilderten Verfahren abdecken. Wenn man nun die Form oder Lage des Kühlkanals ändern will ist dies bei dem Verfahren gemäß der Erfindung leicht möglich, man muss lediglich die Form und die Lage der Nut neu definieren. Im Gegensatz dazu muss man gemäß dem Stand der Technik die Einlegeteile austauschen, was insbesondere dann kompliziert ist, wenn diese von externen Zulieferern geliefert werden. Daher hat man durch das erfindungsgemäße Verfahren mehr Flexibilität und Unabhängigkeit. Das erfindungsgemäße Verfahren führt außerdem zu einer Taktzeitreduzierung beim Gießvorgang da ein Handling und eine Vorbereitung des Salzkernes wegfällt. Es wird daher ermöglicht, dass komplett ohne Eingießteile gegossen wird, Außerdem wird die Arbeit des Gießers erleichtert, was auch die Anfälligkeit gegenüber Fehlern aufgrund von falscher Bedienung verringert.An advantage of the present invention is greater flexibility in the design of the cooling channels. So you is no longer bound to inserts that you insert before pouring a piston in the mold. In contrast, you can use a groove z. B. in a prefabricated piston by turning o. Ä. Form and then after the cover the procedures described. If you now want to change the shape or position of the cooling channel this is easily possible in the method according to the invention, you just have to redefine the shape and position of the groove. In contrast, according to the prior art, it is necessary to replace the inserts, which is particularly complicated when supplied by external suppliers. Therefore, one has more flexibility and independence by the inventive method. The inventive method also leads to a cycle time reduction in the casting process as a handling and preparation of the salt core is eliminated. It is therefore possible to pour completely without pouring parts, in addition, the work of the foundry is facilitated, which also reduces the susceptibility to errors due to incorrect operation.

Ein weiterer Vorteil ist, dass es keine Problems gibt, was die Genauigkeit angeht, mit der die Salzkerne die entsprechenden gewünschten Maße haben. Durch das vorliegende Verfahren wird, wie bereits erwähnt, auf Salzkerne verzichtet, weshalb solche Fehler vermieden werden. Ein weiterer Vorteil ist schließlich, dass keine Vakuumabsaugeinrichtung an der Gießmaschine nötig ist. Auch kann auf eine Reinigung von Absaugvorrichtungen verzichtet werden da das vorliegende Verfahren keinerlei Harzemissionen aufgrund von Harzen in den Salzkernen aufweist.Another advantage is that there is no problem in terms of the accuracy with which the salt cores have the desired dimensions. By the present method, as already mentioned, dispenses with salt cores, which is why such errors are avoided. Another advantage is finally that no vacuum suction on the casting machine is needed. Also, a cleaning of suction devices can be dispensed with because the present process has no resin emissions due to resins in the salt cores.

Bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens werden in Ansprüchen 2 bis 7 beschrieben.Preferred embodiments of the method are described in claims 2 to 7.

Es wird insbesondere bevorzugt, dass die Negativform eine derartig ausgestaltete konvexe Oberfläche aufweist, dass sich zumindest eine radial äußere Begrenzungsfläche des Zwischenraums, der von der Negativform begrenzt wird, konkav nach innen erstreckt. Das heißt, der demgemäß gebildete Zwischenraum weist mindestens eine sich konkav nach innen erstreckende, vorzugsweise gewölbte Fläche an einer radial äußeren Position auf.It is particularly preferred that the negative mold has a convex surface configured in such a way that at least one radially outer boundary surface of the intermediate space, which is delimited by the negative mold, extends concavely inwards. That is, the space thus formed has at least one concave inwardly extending, preferably curved surface at a radially outer position.

Ein Vorteil dieses Verfahrens ist, dass das Füllmaterial im Vergleich zum Stand der Technik eine gleichmäßigere Struktur aufweist. Dies liegt daran, dass derjenige Teil der Nut, in den das Füllmaterial eingefüllt wird, eine im Wesentlichen runde und insbesondere von außen gesehen konkave Struktur aufweist. Der Grund dafür ist, dass der auszubildende Kühlkanal eine konkave, insbesondere nach innen gewölbte Fläche auf der radialen Außenseite aufweist und diese Fläche durch die Nut nach außen hin offen ist. Daher ist auch derjenige Teil der Nut, in den das Füllmaterial einzubringen ist, konkav. Wenn die Begrenzungsfläche des Kühlkanals nach außen hin konvex wäre würde dies dazu führen, dass sich an dem Übergang zwischen der Grenzfläche der Nut und dem verformbaren Material „Spitzen” bilden. Es wäre schwer, diese durch ein Füllmaterial aufzufüllen da man das Füllmaterial dazu bringen müsste, in diese eher feinen Zwischenräume einzudringen. Ferner würden die Spitzen zu Turbulenzen im eingebrachten Füllmaterial führen, welche die Gleichmäßigkeit des Füllmaterials beeinträchtigen würden.An advantage of this method is that the filler has a more uniform structure compared to the prior art. This is because that part of the groove into which the filling material is filled has a substantially round and, in particular from the outside, concave structure. The reason for this is that the cooling channel to be formed has a concave, in particular inwardly curved surface on the radial outer side and this surface is open through the groove to the outside. Therefore, that part of the groove in which the filler is to be introduced, concave. If the boundary surface of the cooling channel were outwardly convex, this would result in the formation of "peaks" at the interface between the groove interface and the deformable material. It would be difficult to fill them with a filling material because you would have to bring the filler to penetrate into these rather fine spaces. Furthermore, the tips would lead to turbulence in the introduced filler, which would affect the uniformity of the filler.

Insbesondere ermöglicht es das erfindungsgemäße Verfahren, Kolben herzustellen, bei denen die Kühlkanäle durch eine von außen eingebrachte Nut definiert werden und bei denen diese Kühlkanäle eine im Vergleich zum Stand der Technik deutlich stärker nach innen gewölbte Außenfläche haben. Bei bisherigen Verfahren, die auf das Verwenden von Einlegeteilen zum Ausbilden von Kühlkanälen verzichten, wie auch z. B. in der EP 1 929 146 B1 , war dies nicht vorgesehen.In particular, the method according to the invention makes it possible to produce pistons in which the cooling channels are defined by a groove introduced from the outside and in which these cooling channels have a significantly more inwardly curved outer surface in comparison with the prior art. In previous methods, which dispense with the use of inserts for forming cooling channels, as well as z. B. in the EP 1 929 146 B1 , this was not intended.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens sind Verfahren, bei denen die Negativform eine konkave Begrenzungsfläche aufweist und der Zwischenraum daher radial außen eine konvexe, nach außen gewölbte Begrenzungsfläche hat, Hierdurch entsteht ein Kühlkanal mit guten Fließeigenschaften für ein Kühlmittel, was u. a. zu einer verbesserten Kühlleistung führt.Further preferred embodiments of the method are methods in which the negative mold has a concave boundary surface and the gap therefore radially outward has a convex, outwardly curved boundary surface, thereby creating a cooling channel with good flow properties for a coolant, which u. a. leads to improved cooling performance.

Auch kann es von Vorteil sein, dass die Negativform eine flache Begrenzungsfläche aufweist und der Zwischenraum daher auch eine flache Begrenzungsfläche radial außen aufweist. Da eine solche Oberfläche für die Negativform leicht mit einer hohen Qualität hergestellt werden kann führt dies dazu, dass auch die Form des Kühlkanals eine hohe Qualität aufweist.It may also be advantageous that the negative mold has a flat boundary surface and the intermediate space therefore also has a flat boundary surface radially outward. Since such a surface for the negative mold can be easily manufactured with a high quality, this also means that the shape of the cooling channel has a high quality.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, dass das verformbare Material, das in den Zwischenraum eingebracht wird, ein Salz-Bindemittel-Gemisch und/oder ein Sand-Bindemittel-Gemisch ist, welche jeweils in Wasser löslich ist. Außerdem wird hier bevorzugt, dass der Übergang des verformbaren Materials in den formfesten Zustand durch Heißluftzufuhr oder Werkzeugheizung stattfindet.It has been found to be advantageous that the deformable material introduced into the gap is a salt-binder mixture and / or a sand-binder mixture, each of which is soluble in water. In addition, it is preferred here that the transition of the deformable material into the dimensionally stable state takes place by hot air supply or tool heating.

Die genannten Mischungen sind gut charakterisiert und kostengünstig, weshalb die dadurch hergestellten Füllmaterialien für eine hohe Qualität der ausgebildeten Kühlkanäle und gleichzeitig eine kostengünstige Herstellung sorgen. Außerdem sind diese Materialien umweltfreundlich und leicht durch Auswaschen mit Wasser entfernbar. Auch ist von Vorteil, dass der Übergang des verformbaren Materials in den formfesten Zustand zumindest teilweise durch Trocknen stattfindet, da sich ein solches Verfahren leicht (zum Beispiel durch Erwärmen) umsetzen lässt.The mixtures mentioned are well characterized and inexpensive, which is why the filling materials produced thereby ensure a high quality of the formed cooling channels and at the same time a cost-effective production. In addition, these materials are environmentally friendly and easily removable by washing with water. It is also advantageous that the transition of the deformable material in the dimensionally stable state takes place at least partially by drying, since such a method can be easily implemented (for example by heating).

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform besteht darin, dass die Negativform einen Kanal aufweist, der nach Einsetzen in die Nut direkt in den Zwischenraum mündet. Dies führt dazu, dass das verformbare Material direkt in den Zwischenraum eingeleitet werden kann was das Verfahren erleichtert. Dies ist auch dahingehend von Vorteil, wenn die Mündung des Kanals in dem in den Zwischenraum mündenden Teil der Negativform ist, da hierdurch der Zwischenraum leicht mit dem verformbaren Material gefüllt werden kann.Another preferred embodiment is that the negative mold a channel has, which opens directly into the gap after insertion into the groove. This results in that the deformable material can be introduced directly into the gap, which facilitates the process. This is also advantageous in that the mouth of the channel is in the opening into the gap part of the negative mold, as a result, the gap can be easily filled with the deformable material.

Weiterhin wird bevorzugt, dass für das Aufbringen des Füllmaterials ein thermisches Spritzverfahren, bevorzugt ein Lichtbogenspritzverfahren, verwendet wird. Hierdurch kann insbesondere ein metallisches Füllmaterial leicht, wirtschaftlich und zuverlässig verflüssigt und auf den Kolben aufgespritzt werden.Furthermore, it is preferred that a thermal spraying method, preferably an arc spraying method, is used for the application of the filling material. As a result, in particular, a metallic filler can be easily, economically and reliably liquefied and sprayed onto the piston.

Ferner wird die technische Aufgabe durch die Vorrichtung gemäß Anspruch 8 gelöst.Furthermore, the technical problem is solved by the device according to claim 8.

Diese Vorrichtung weist eine Einrichtung zum Halten des Kolbens auf. Ferner weist sie eine oder mehrere Negativformen auf. Diese weisen jeweils eine äußere Begrenzungsfläche auf, die in eine Nut des Kolbens eingesetzt werden kann und dann zusammen mit der Nut einen Zwischenraum definiert. Dieser Zwischenraum entspricht dem auszubildenden Kühlkanal. Hierbei bildet die äußere Fläche der mindestens einen Negativform eine Begrenzungsfläche des Zwischenraums. Bevorzugt weist die Vorrichtung eine Einrichtung zum Einsetzen der Negativform in die Nut und zum Entfernen der Negativform aus der Nut (wie z. B. ein oder mehrere Handhabungsgeräte) auf. Dies ermöglicht eine Automatisierung des Verfahrens.This device has a device for holding the piston. It also has one or more negative molds. These each have an outer boundary surface, which can be inserted into a groove of the piston and then defines a gap together with the groove. This gap corresponds to the trainees cooling channel. Here, the outer surface of the at least one negative mold forms a boundary surface of the intermediate space. The device preferably has a device for inserting the negative mold into the groove and for removing the negative mold from the groove (such as, for example, one or more handling devices). This allows automation of the process.

Außerdem weist die Vorrichtung eine Einrichtung zum Einbringen eines verformbaren Materials in den Zwischenraum und eine Einrichtung zum Entfernen des verformbaren Materials aus dem Zwischenraum auf. Die letztere Einrichtung könnte zum Beispiel eine Auswascheinrichtung aufweisen, durch die ein wasserlösliches verformbares Material aus dem Kühlkanal durch Nasser ausgewaschen wird.In addition, the apparatus comprises means for introducing a deformable material into the space and means for removing the deformable material from the space. The latter device could, for example, comprise a washout device through which a water-soluble deformable material is washed out of the cooling channel by Nasser.

Eine solche Vorrichtung ist für das Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 geeignet. Insofern führt sie zu den oben genannten Vorteilen.Such a device is suitable for carrying out a method according to one of claims 1 to 7. In this respect, it leads to the above advantages.

Bevorzugte Ausführungsformen der Vorrichtung werden in den abhängigen Vorrichtungsansprüchen 9 bis 13 beschrieben.Preferred embodiments of the apparatus are described in dependent apparatus claims 9 to 13.

Es wird insbesondere bevorzugt, dass die Negativform eine derartig ausgestaltete konvexe Oberfläche aufweist, dass sich zumindest eine radial äußere Begrenzungsfläche des Zwischenraums, der von der Negativform begrenzt wird, nach innen erstreckt. Das heißt, der demgemäß gebildete Zwischenraum weist mindestens eine sich konkav nach innen erstreckende, vorzugsweise gewölbte Fläche an einer radial äußeren Position auf. Dies hat die bezüglich Anspruch 2 genannten Vorteile.It is particularly preferred that the negative mold has a convex surface configured in such a way that at least one radially outer boundary surface of the intermediate space, which is bounded by the negative mold, extends inwards. That is, the space thus formed has at least one concave inwardly extending, preferably curved surface at a radially outer position. This has the advantages mentioned with respect to claim 2.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Vorrichtung bestehen darin, dass die Negativform eine konkave Begrenzungsfläche aufweist und der Zwischenraum daher radial außen eine sich konvex nach außen erstreckende Begrenzungsfläche hat. Hierdurch entsteht ein Kühlkanal mit guten Fließeigenschaften für ein Kühlmittel, was u. a. zu einer verbesserten Kühlleistung führt.Further preferred embodiments of the device are that the negative mold has a concave boundary surface and the gap therefore radially outward has a convexly outwardly extending boundary surface. This creates a cooling channel with good flow properties for a coolant, which u. a. leads to improved cooling performance.

Ferner hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass die Vorrichtung eine Trocknungseinrichtung für das verformbare Material, das in den Zwischenraum eingebracht wurde, aufweist. Eine solche Trocknungseinrichtung kann zum Beispiel durch eine Einrichtung zum Erhitzen des verformbaren Materials gebildet werden. Insbesondere kann hierzu ein Ofen verwendet werden.Furthermore, it has proved to be advantageous that the device has a drying device for the deformable material which has been introduced into the intermediate space. Such a drying device can be formed, for example, by a device for heating the deformable material. In particular, an oven can be used for this purpose.

Durch eine solche Einrichtung kann das verformbare Material, sofern es Wasser oder andere Lösungsmittel enthält, dazu gebracht werden, schneller in den formfesten Zustand überzugehen. Hierdurch ergibt sich eine Zeitersparnis bei der Herstellung eines solchen Kolbens. Insbesondere kann eine solche Trocknungseinrichtung auch darin bestehen, dass eine Vorrichtung zum Aufheizen des Kolbens oder der Negativform oder aber eine Düse zur Heißluftzufuhr vorhanden ist. Durch letztere kann dann heiße Luft zum Aushärten eingeleitet werden. Insbesondere kann diese Düse auch durch einen Kanal eingebracht werden, durch den auch das verformbare Material eingebracht wird. Eine solche Düse zeichnet sich auch durch eine hohe Praktikabilität aus.By such means, the deformable material, if it contains water or other solvents, can be made to go faster in the dimensionally stable state. This results in a time savings in the production of such a piston. In particular, such a drying device can also consist in that there is a device for heating the piston or the negative mold or else a nozzle for hot air supply. The latter can then be used to initiate hot air for curing. In particular, this nozzle can also be introduced through a channel through which the deformable material is introduced. Such a nozzle is also characterized by a high practicality.

Auch ist es von Vorteil, wenn die Negativform einen Kanal aufweist. Dieser Kanal sollte dabei einen Teil der Einrichtung zum Einbringen eines verformbaren Materials in den Zwischenraum bilden. Ferner sollte der Kanal in den Zwischenraum münden, wenn die Negativform in die Nut eingesetzt ist. Hierdurch kann das verformbare Material direkt und ohne weitere Einrichtungen in den Zwischenraum eingebracht werden. Auch dies führt zu einer Zeit- und Kostenersparnis bei der Herstellung.It is also advantageous if the negative mold has a channel. This channel should thereby form part of the device for introducing a deformable material into the intermediate space. Furthermore, the channel should open into the gap when the negative mold is inserted into the groove. As a result, the deformable material can be introduced directly and without further facilities in the gap. This also leads to a time and cost savings in the production.

Hierbei wäre es auch denkbar, auch Ölzu- bzw. Ölablaufbohrungen vom Kühlkanal als Einspritzzulauf für das verformbare Material zu verwenden. Damit würde eine eventuelle Nacharbeit der Stelle(n), an denen das verformbare Material eingebracht wird, umgangen werden. It would also be conceivable to use Ölzu- or oil drain holes from the cooling channel as injection feed for the deformable material. This would circumvent any reworking of the site (s) where the deformable material will be introduced.

Schließlich hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn eine thermische Spritzeinrichtung, bevorzugt eine Lichtbogenspritzeinrichtung verwendet wird, um das Füllmaterial auf das verformbare Material einzubringen.Finally, it has proved to be advantageous if a thermal spraying device, preferably an arc spraying device, is used to introduce the filling material onto the deformable material.

Hierdurch können metallische Werkstoffe leicht aufgespritzt werden, was zu einer erhöhten Wirtschaftlichkeit führt.As a result, metallic materials can be easily injected, resulting in increased efficiency.

Eine weitere Lösung der technischen Aufgabe bietet der Kolben gemäß Anspruch 14.Another solution to the technical problem provides the piston according to claim 14.

Dieser Kolben ist ein Kolben, wie er z. B. nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 hergestellt werden kann. Er weist einen Kühlkanal auf, dessen radial äußere Begrenzungsfläche einen nach innen gewölbten konkaven Abschnitt aufweist. Ferner grenzt der Kühlkanal an seiner konkaven Begrenzungsfläche direkt an ein aufgespritztes Füllmaterial an. Dieses erstreckt sich radial außerhalb des Kühlkanals bis zum äußeren Umfang des Kolbens.This piston is a piston, as z. B. can be prepared by the method according to one of claims 1 to 7. It has a cooling channel, the radially outer boundary surface has an inwardly curved concave portion. Furthermore, the cooling channel adjoins directly at its concave boundary surface to a sprayed filler. This extends radially outside the cooling channel to the outer periphery of the piston.

Hierbei ergibt sich, wie oben erwähnt, eine erhöhte Gleichmäßigkeit des Füllmaterials, was zu einem Kolben mit besseren mechanischen Eigenschaften führt. Auch ist keine separate Abdeckung des Kühlkanals vor dem Aufbringen des Materials nötig. Eine solche Abdeckung könnte, insbesondere aufgrund der dadurch entstehenden Grenzfläche zwischen der separaten Abdeckung und dem Füllmaterial, zu einer strukturellen Schwächung des Kolbens führen. Somit hat ein erfindungsgemäßer Kolben bessere mechanische Eigenschaften.This results, as mentioned above, an increased uniformity of the filling material, resulting in a piston with better mechanical properties. Also, no separate cover of the cooling channel before applying the material is necessary. Such a cover could, in particular due to the resulting interface between the separate cover and the filler, lead to a structural weakening of the piston. Thus, a piston according to the invention has better mechanical properties.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

1a) bis f) zeigen Verfahrensschritte für die Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens. 1a) to f) show process steps for carrying out a method according to the invention.

Detaillierte BeschreibungDetailed description

Im Folgenden wird eine erfindungsgemäße Ausführungsform des Verfahrens unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren beschrieben. So zeigt 1a) einen Kolben 10 aus Metall mit einer maschinell ausgebildeten Nut 12, deren radial inneres Ende 14 einen Teil der Begrenzung des auszubildenden Kühlkanals 32 bildet. Ferner weist der Kolben eine Bolzenbohrung (Kolbennabe) 16 auf.An embodiment of the method according to the invention will now be described with reference to the attached figures. So shows 1a) a piston 10 made of metal with a machined groove 12 whose radially inner end 14 a part of the boundary of the cooling channel to be formed 32 forms. Furthermore, the piston has a pin bore (piston hub) 16 on.

Im Anschluss werden (siehe Figur 1b) eine oder mehrere Negativformen 18 um den Kolben 10 herum so in die Nut 12 eingesetzt, dass ein hervorstehender Abschnitt 19 der Negativform 18 in die Nut 12 eindringt. Hierdurch wird ein Zwischenraum 21 gegenüber der Umgebung des Kolbens 10 so abgedichtet, dass ein später in den Zwischenraum 21 einzubringendes verformbares Material nicht nach außen leckt. Die Negativform 18 weist ferner einen Kanal 20 auf, der den Zwischenraum 21 mit der Umgebung verbindet.Afterwards (see FIG 1b ) one or more negative forms 18 around the piston 10 around in the groove 12 used that a protruding section 19 the negative form 18 in the groove 12 penetrates. This creates a gap 21 opposite the environment of the piston 10 so sealed, that one later in the gap 21 to be introduced deformable material does not leak to the outside. The negative form 18 also has a channel 20 on, the gap 21 connects with the environment.

Dieser Kanal 20 wird zum Füllen des Zwischenraums 21 mit einem verformbaren Material 22 verwendet. Hierbei wird, wie durch einen Pfeil angedeutet, ein verformbares Material, wie zum Beispiel eine fließfähige Salz-Bindemittel-Mischung oder eine fließfähige Sand-Bindemittel-Mischung, in den Zwischenraum eingebracht, Unter „fließfähig” verstehen wir hier, dass das Material eine solche Konsistenz aufweist, dass es durch den Kanal – ggf. unter Druck – eingespritzt werden kann. Diese Mischung füllt den Zwischenraum 21 aus und nimmt somit dessen Form an. Hierbei wird der um den Kolben 10 herum verlaufende Kühlkanal 21 mit dem verformbaren Material 22 ausgefüllt.This channel 20 is used to fill the gap 21 with a deformable material 22 used. Here, as indicated by an arrow, a deformable material, such as a flowable salt-binder mixture or a flowable sand-binder mixture, introduced into the space, "flowable" we mean here that the material such Has consistency that it can be injected through the channel - possibly under pressure. This mixture fills the gap 21 and thus assumes its form. Here is the around the piston 10 running around cooling channel 21 with the deformable material 22 filled.

Vor dem Öffnen der Negativform muss das Füllmaterial nun ausgehärtet werden. Dies geschieht z. B. durch eine Heißluftzufuhr oder eine Erhitzung der Negativform oder des Kolbens. Hierdurch verflüchtigen sich die Lösungsmittel des Füllmaterials, was zu dessen Verfestigung oder sogar Erstarren führt. Hierauf wird die Negativform entfernt, ohne dass das Füllmaterial ausläuft. Before opening the negative mold, the filling material must now be cured. This happens z. B. by a hot air or heating the negative mold or the piston. As a result, the solvents of the filler volatilize, resulting in its solidification or even solidification. Then the negative mold is removed without the filling material leaking.

Nach dem Aushärten werden die Negativform(en) 18 entfernt. Der sich ergebende Zustand ist in 1c dargestellt. Hier ist deutlich zu sehen, dass das verformbare Material 22 nun einen Teil der Nut 12 ausfüllt. Dieser Teil ist derjenige Teil, der im Wesentlichen dem auszubildenden Kühlkanal 32 entspricht.After curing, the negative mold (s) 18 away. The resulting state is in 1c shown. Here you can clearly see that the deformable material 22 now a part of the groove 12 fills. This part is the part that is essentially the trainees cooling channel 32 equivalent.

Anschließend wird, wie in 1d dargestellt, durch eine Lichtbogenspritzeinrichtung 24 ein verflüssigtes Metall 26 in die Nut 12 eingespritzt. Dieses füllt die Nut 12 aus und bedeckt insbesondere das formfeste Material 22. Hierbei wird die gesamte Nut 12 mit diesem Material ausgefüllt, und es kann auch Füllmaterial über den Kolbenrand überstehen.Subsequently, as in 1d represented by an arc spray device 24 a liquefied metal 26 in the groove 12 injected. This fills the groove 12 from and covers in particular the dimensionally stable material 22 , This is the entire groove 12 filled with this material, and it can also survive filler over the edge of the piston.

Im Anschluss daran wird dieses Material verfestigt, was zu einer Struktur wie in 1e dargestellt führt. Hierbei bildet sich ein festes Füllmaterial 28, welches das formfeste Material 22 bedeckt. Dieses formfeste Material 22 kann jetzt entfernt werden da der Kühlkanal nun durch das Metall des Kolbens 10 und des Füllmaterials begrenzt wird. Dies kann zum Beispiel durch nicht dargestellte, weitere Kanäle in dem Kolben 10 geschehen, die es ermöglichen, zum Beispiel Wasser oder ein anderes Lösungsmittel zum Auswaschen des Materials 22 einzubringen. Auch können dazu Ölzu- bzw. Ölablaufbohrungen vom Kühlkanal verwendet werden. Da das Füllmaterial 28 fest ist, wird hierdurch die Form des zu bildenden Kühlkanals beibehalten.Following this, this material is solidified, resulting in a structure as in 1e shown leads. This forms a solid filler 28 which is the dimensionally stable material 22 covered. This dimensionally stable material 22 Can now be removed because the cooling channel is now through the metal of the piston 10 and the filling material is limited. This can, for example, by not shown, further channels in the piston 10 happen that allow, for example, water or other solvent to wash out the material 22 contribute. Also Ölzu- or oil drain holes can be used by the cooling channel. Because the filler material 28 is fixed, thereby the shape of the cooling channel to be formed is maintained.

Im Anschluss daran kann etwaiges überstehendes Füllmaterial 28 abgetragen werden, um die endgültige Form des Kolbens 10 zu erhalten. Hierbei können auch etwaige Rauhigkeiten in der Oberfläche des Kolbens 10 behoben werden, um einen glatten Kolben 10 zu erhalten. Ein solcher Kolben ist in einem Verbrennungsmotor gut und ohne übermäßige Reibung mit einem Zylinder des Motors verwendbar.Following this, any overhanging filler material may be present 28 be removed to the final shape of the piston 10 to obtain. This can also be any roughness in the surface of the piston 10 be fixed to a smooth piston 10 to obtain. Such a piston is usable well in an internal combustion engine and without excessive friction with a cylinder of the engine.

Ferner kann, wie in 1f) dargestellt, eine Nut 30 zum Beispiel für einen Kolbenring in dem Füllmaterial 28 ausgebildet werden.Furthermore, as in 1f) represented, a groove 30 for example, for a piston ring in the filler 28 be formed.

Claims

Method for producing a piston ( 10 ) with a cooling channel ( 32 ), in which: a piston ( 10 ) with a groove ( 12 ), at least in part the shape of the cooling channel to be formed ( 32 ), then at least one negative mold ( 18 ) for the cooling channel so into the groove ( 12 ) is inserted, that a gap ( 21 ) between the groove wall and the at least one negative mold ( 18 ), the shape and the position of the cooling channel to be formed ( 32 ) and at least one through the negative mold ( 18 ) defined surface, then a deformable material ( 22 ) into the space ( 21 ) is introduced so that the deformable material ( 22 ) the shape of the space ( 21 ) and this deformable material ( 22 ) passes into a state in which the deformable material ( 22 ) even without the at least one negative form ( 18 ) the shape of the space ( 21 ), then the at least one negative mold ( 18 ), then a filler material ( 28 ) so into the groove ( 12 ) is introduced, that the filling material ( 28 ) the deformable material ( 22 ), which is in the space ( 21 ), directly covered, and that part of the groove ( 12 ) outside of the space ( 21 ) deformable material ( 22 ), and subsequently the deformable material ( 22 ), which is in the space ( 21 ) was removed is removed.

Method according to Claim 1, in which the 18 ) defined area is concave.

Method according to Claim 1, in which the 18 ) defined surface is convex or flat.

Method according to one of the preceding claims, in which the deformable material ( 22 ), which is in the space ( 21 ) is introduced, is flowable.

Method according to one of the preceding claims, in which the deformable material ( 22 ), which is in the space ( 21 ) is a water-soluble salt-binder mixture and / or a water-soluble sand-binder mixture and in which the transition of the deformable material ( 22 ) in the state in which the deformable material ( 22 ) even without negative form ( 18 ) the shape of the space ( 21 ), at least partially takes place by drying.

Method according to one of the preceding claims, in which the negative mold ( 18 ) a channel ( 20 ) directly into the space ( 21 ) opens.

Method according to one of claims 1 to 6, in which for the application of the filling material ( 28 ) a thermal spraying method, preferably an arc spraying method, is used.

Device for forming a cooling channel ( 32 ) in a flask ( 10 ) comprising: means for holding the piston ( 10 ), at least one negative form ( 18 ), which has an outer boundary surface, which is designed to be in a groove ( 12 ) of the piston ( 10 ) and when in the groove ( 12 ), together with the groove ( 12 ) a gap ( 21 ) defined by the cooling channel to be formed ( 32 ), wherein the outer surface of the at least one negative mold ( 18 ) to a boundary surface of the gap ( 21 ), means for introducing a deformable material ( 22 ) into the space ( 21 ), a device for introducing a filling material ( 28 ) on the deformable material ( 22 ), and means for removing the deformable material ( 22 ) from the gap ( 21 ).

Apparatus according to claim 8, wherein the boundary surface of the negative mold ( 18 ) is concave.

Apparatus according to claim 8, wherein the boundary surface of the negative mold ( 18 ) is convex or flat.

Apparatus according to any of claims 8 to 10, further comprising: a deformable material drying device ( 22 ), which is in the space ( 21 ) brought in wherein the drying device is preferably made of a device for heating the piston or the negative mold ( 18 ) or a nozzle for hot air supply, said nozzle is advantageously introduced through a channel through which the deformable material ( 22 ) can be introduced.

Apparatus according to any one of claims 8 to 11, further comprising: a channel ( 20 ) in the negative form ( 18 ), which forms part of the device for introducing a deformable material ( 22 ) into the space ( 21 ) and when the negative mold ( 18 ) into the groove ( 12 ) is inserted into the intermediate space ( 21 ) opens.

Device according to one of claims 8 to 12, wherein the device for introducing a filling material ( 28 ) on the deformable material ( 22 ) a thermal spray device, preferably an arc spray device ( 24 ), having.

Piston ( 10 ), produced by a method according to the preceding claims 1 to 7, a cooling channel ( 32 ), which has a concave boundary section radially outward, wherein the cooling channel ( 32 ) at its concave boundary portion directly to a sprayed filler material ( 28 ) located radially outside the cooling channel ( 32 ) to the outer periphery of the piston ( 10 ).