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Die
Erfindung betrifft Ringträger
mit einem Kühlkanal
für einen
Kolben einer Brennkraftmaschine gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes
des Patentanspruches 1.
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Ringträger mit
einem Kühlkanal
für einen Kolben
einer Brennkraftmaschine sind bekannt. Der Kühlkanal, in dem ein Kühlmedium,
insbesondere Motoröl,
zirkuliert, dient der Kühlung
des Kolbens, um höhere
Verbrennungstemperaturen und somit höhere Verbrennungsdrücke realisieren
zu können.
Bei bekannten Ringträgern
wird zur Herstellung des Kühlkanales
an dem Ringträger
innen umlaufend ein Kühlkanalblech
angeformt, so dass ein einteiliges Bauteil mit einem geschlossenen
Kühlkanal
entsteht, welches in die Gießform
eingesetzt werden kann. Gegebenenfalls kann vor dem Einsetzen dieses
Bauteiles in die Gießform
noch ein Alfiniervorgang erfolgen, bei dem dieses Bauteil mit einer
Alfin-Schicht überzogen
wird, um eine bessere Verbindung mit der in die Gießform einzufüllenden
Gießschmelze
zu erzielen. Nach dem Gießen
ist es noch erforderlich, insbesondere vom Innenbereich des Kolbens
aus, in dem sich der Gießkern
befunden hat, eine oder mehrere Bohrungen in Richtung des Kühlkanales
einzubringen, über
welche das Kühlmedium
in den Kühlkanal
und aus dem Kühlkanal
gelangen kann. Aufgrund der Geometrie des Kühlkanalbleches, insbesondere dessen
bogenförmigen
Querschnitts, entsteht beim Anbohren eine ungünstige Bohrwinkellage, so dass ein
gratfreies Bohren nicht realisierbar ist. Aufgrund der Grate, die
beim Bohren entstehen, besteht die Gefahr, dass sich während des
Betriebes des Kolbens ein Grat löst
und in die Laufbahn des Zylinders oder den Motorölkreislauf gelangt, wobei es
zu Beeinträchtigungen
bis hin zum Ausfall der Brennkraftmaschine kommen kann. Andererseits
muss der Kühlkanal
vor dem Gießen
vollständig
verschlossen sein, damit während
des Gießvorganges
keine Gieß schmelze
in den Kühlkanal
eindringen kann. Hierzu muss auch eine Dichtheitsprüfung erfolgen.
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Aus
der
DE 199 33 036
A1 ist ein Kühlkanalkolben
für eine
Verbrennungskraftmaschine bekannt. Dieser Kolben weist einen Ringträger mit
einem Kühlkanal
auf, wobei der Kühlkanal
von dem Ringträger und
einem Kühlkanalblech
gebildet wird. Über
eine Bohrung erfolgt der Zulauf beziehungsweise Ablauf des Kühlmediums
in beziehungsweise aus dem Kühlkanal.
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Aus
der
DE 10 97 210 ist
ein Kühlkanalkolben
bekannt, wobei der Kühlkanal
durch ein vom Kolben separat zu gießendes Bauteil hergestellt
wird, wobei der Zulauf beziehungsweise der Ablauf des Kühlmediums über eine Öffnung erfolgt,
die schon mit dem Gießen
des separaten Bauteiles eingebracht wird.
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Die
nachveröffentlichte
DE 101 05 762 A1 zeigt
einen Kolben für
eine Brennkraftmaschine mit einem Ringträger und einem dahinter angeordneten Kühlkanal,
der von einem Kühlkanalblech
gebildet ist, wobei das Kühlkanalblech
an wenigstens einer Stelle eine lokale Aufweitung aufweist.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Ringträger mit
einem Kühlkanal
für einen
Kolben einer Brennkraftmaschine bereitzustellen, bei dem ein Anbohren
des Kühlkanalbleches gratfrei
und prozeßsicher
gewährleistet
ist.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des Patenanspruches 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
dass das Kühlkanalblech
zumindest zwei lokal begrenzte Flachstellen mit Zu- und Ablaufbohrungen
aufweist und im Bereich einer jeden Flachstelle ein Rohr angeformt
ist. Solche Flachstellen, die man auch als Plateau bezeichnen kann,
haben den Vorteil, dass an der Stelle, an der eine Bohrung eingebracht
werden soll, der Bohrer auf eine zur Bohrachse senkrechte Ebene
trifft, wobei im Bereich dieser Auftrefffläche als Material nur das Material
des Kühlkanalbleches
angetroffen wird. Damit wird vermieden, dass beim Anbohren des Kühlkanalbleches
auch Randbereiche des Ringträgers
und/oder des Kolbenmaterials mit angebohrt werden. Ebenso steht,
insbesondere auch unter Ausnutzung der entsprechenden Toleranzen, eine
wesentlich größere Bohrfläche (Bohrerdurch messer)
zur Verfügung,
so dass eine im Durchmesser größere Bohrung
vom Innenbereich des Kolbens in Richtung des Kühlkanales eingebracht werden kann,
um das Durchsatzvolumen des Kühlmediums zu
erhöhen.
Um einerseits einen Zulauf und andererseits einen Ablauf für das Kühlmedium
realisieren zu können,
sind zwei lokal begrenzte Flachstellen erforderlich, die nach dem
Aufbohren den Zulauf bzw. Ablauf darstellen. Darüber hinaus sind jeweils für Zu- und
Ablauf auch mehr als eine Flachstelle in das Kühlkanalblech einbringbar. Die
Flachstelle ist jeweils zur Bohrerachse senkrecht angeordnet und darüber hinaus
in Umfangsrichtung länglich
ausgebildet. Eine solche Flachstelle kann sowohl vollständig nach
außen
als auch vollständig
nach innen in das Kühlkanalblech
geformt werden. Ebenso sind Zwischenstufen möglich, die teilweise nach außen und teilweise
nach innen geformt sind, was den Vorteil einer geringeren Umformarbeit
und somit einer geringeren Einreißgefahr hat. Beim Herstellen
der Flachstellen, beispielsweise durch Eindrücken des Kühlkanalbleches, insbesondere
mit einem Stempel, entsteht ein Übergangsbereich
von dem erhabenen Kühlkanalblech
hin zu der Flachstelle und wieder zurück, wodurch eine zusätzliche
Versteifung des Kühlkanalbleches
im Bereich der Bohrung gegeben ist. Dadurch ist ein wesentlich prozeßsicheres
Arbeiten möglich.
Ebenso erhöht
sich aufgrund der Flachstelle die Treffgenauigkeit beim Anbohren,
wodurch auch die Toleranzbereiche enger gefasst werden können oder
bestehende Toleranzbereiche weiter ausgenutzt werden können. Ergänzend zu
den Flachstellen ist im Bereich einer jeden Flachstelle ein Rohr
angeformt, wobei das Rohr geschlossen oder offen gestaltet sein kann.
Bei einem offenen Rohr ist sicherzustellen, dass die Öffnung bis
in Richtung des Gießkernes reicht,
so dass in die Öffnung
keine Gießschmelze eindringen
kann. In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist das Rohr
geschlossen, so dass nach dem Anformen des Rohres an der Flachstelle
des Kühlkanalbleches
der Kühlkanal
vollständig
geschlossen ist. Das Anformen kann beispielsweise durch Anschweißen erfolgen.
Dabei kann schon vor dem Anformen (Anschweißen) eine Bohrung in die Flachstelle
des Kühlkanalbleches
eingebracht werden, was den Vorteil hat, dass die Bohrung vor dem Anschweißen des
Rohres und dem Eingießen
des Ringträgers
entgratet und der Kühlkanal
gegebenenfalls von Bohrresten befreit werden kann. Nach dem Eingießen des
Ringträgers
mit an dem Kühlkanalblech
angeformten Rohren wird dann nur noch der verschlossene Endbereich
des angeformten Rohres aufgebohrt. Dies hat den Vorteil, dass die
Bohrung nicht mehr an einer rißgefährdeten
Stelle am Kühlkanalblech
und darüber
hinaus gratarm angebracht werden kann. Außerdem erfolgt eine Bohrung
in einem solchen Bereich, der für
die Alfinbindung des Ringträgers
und des Kühlkanalbleches
mit der umgebenden erstarrten Gießschmelze unkritisch ist, so dass
die Bindung zwischen Ringträger und
Kühlkanalblech
einerseits und umgebende erstarrte Gießschmelze andererseits nicht
beschädigt
wird.
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In
Weiterbildung der Erfindung kann eine Flachstelle oder auch mehrere
oder auch alle Flachstellen in einer Ebene geneigt zu einer Ebene,
in der der Ringträger
liegt, und/oder parallel in einer Ebene zu einer Ebene, in der Ringträger liegt,
angeordnet sein. Damit sind vom Innenbereich des Kolbens her verschiedene
Bohrwinkellagen einstellbar, so dass eine optimale Bohrwinkellage
(Bohrerachse senkrecht zu der Ebene der Flachstelle) eingestellt
werden kann.
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Verschiedene
Ausführungsformen,
die beispielhaft sind und auf die die Erfindung nicht beschränkt ist,
sind im Folgenden erläutert
und anhand der Figuren beschrieben.
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1:
Eine Draufsicht auf einen Ringträger,
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2 und 3:
Schnitte D und E durch den Ringträger gemäß 1,
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4:
Draufsicht auf einen Ringträger
mit angeformten Rohren,
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5 und 6:
Schnitte D und E durch den Ringträger gemäß 4.
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1 zeigt
einen Ringträger 1 für einen
Kolben einer Brennkraftmaschine, wobei koaxial innerhalb des Ringträgers 1 und
radial umlaufend direkt an dem Ringträger 1 ein ein- oder
mehrteiliges Kühlkanalblech 2 angeformt,
insbesondere angeschweißt ist.
Lokal begrenzt sind zumindest eine erste Flachstelle 3 und
eine zweite Flachstelle 4 vorhanden, wobei auch mehr als
zwei Flachstellen vorhanden sein können. Über jeweils zumindest eine
Flachstelle erfolgt die Zufuhr von Kühlmedium und über die
zumindest eine weitere Flachstelle erfolgt der Ablauf des Kühlmediums,
nach dem eine Verbindung zwischen dem Innenbereich des Kolbens und
dem Kühlkanal, der
von dem Kühlkanalblech 2 gebildet
ist, hergestellt wurde. Die lokal begrenzten Flachstellen 3 und 4 werden
durch eine Umformarbeit in das Kühlkanalblech 2 eingebracht,
so dass sie nach dem Umformen nach außen oder nach innen in Richtung
des Kühlkanalbleches 2 vorhanden
sind. Dabei bietet es sich an, bei einem einteiligen Kühlkanalblech 2,
nach dem Anschweißen
des Kühlkanalbleches 2 an
den Ringträger 1 die
Flachstellen durch eine Umformung nach innen (Eindrücken mittels
eines Stempels) herzustellen. Bei einem mehrteiligen Kühlkanalblech
kommt gegebenenfalls auch eine Umformung nach außen in Frage, da vor dem Zusammenschweißen der
mehreren Teile des Kühlkanal
und dem Anschweißen
an dem Ringträger 1 das
Kühlkanalblech
noch von innen zugänglich
ist. Nach dem Umformen des Kühlkanalbleches 2 zur
Erzielung der lokal begrenzten Flachstellen 3 und 4 entstehen Übergangsbereiche 5,
wodurch eine zusätzliche
Versteifung des Kühlkanalbleches
im Bereich der Flachstellen 3 und 4 erzielt wird. Dadurch
ist das Einbringen einer Bohrung im Bereich der jeweiligen Flachstelle 3 und 4 unkritisch
und prozeßsicher.
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In
den 2 und 3 sind Schnitte D und E gemäß 1 gezeigt.
Dabei ist die Anordnung des Kühlkanalbleches 2 an
dem Ringträger 1 erkennbar, wodurch
ein umlaufender Kühlkanal 6 in
an sich bekannter Weise entsteht. Aufgrund der Schnittlage sind
die Flachstellen 3 und 4 erkennbar, wobei jenseits
des Übergangsbereiches 5 der
Verlauf des Kühlkanalbleches 2 mit 2' bezeichnet
ist.
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In 2 ist
gezeigt, dass die Flachstelle 4 parallel in einer Ebene
E2 zu einer Ebene E1, in der der Ringträger 1 liegt, angeordnet
ist. Alternativ oder ergänzend
dazu ist in 3 gezeigt, dass die Flachstelle 3 in
einer Ebene E3 geneigt zu einer Ebene E1, in der der Ringträger 1 liegt,
angeordnet ist. Durch diese parallele oder geneigte Anordnung der
Ebenen E2 und E3 zu der Ebene E1 sind, ausgehend von dem Innenbereich
des Kolbens, beim Anbohren verschiedene Bohrwinkellagen erzielbar,
wobei immer die optimale Bohrwinkellage, d. h. die Bohrerachse steht
senkrecht zu der Ebene E2 bzw. E3, eingestellt werden kann. Dabei
richtet sich die Ausrichtung der Ebenen E2 und E3 nach der geometrischen
Ausgestaltung des Innenbereiches des Kolbens.
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Während den
Schnitten D und E der 2 und 3 entnehmbar
ist, dass das Kühlkanalblech 2 eine
größere Höhe aufweist
als der Ringträger 1,
ist die Erfindung selbstverständlich
auch auf Kühlkanalbleche 2 anwendbar,
die die gleiche oder eine geringere Höhe als der Ringträger 1 aufweisen.
Besonders vorteilhaft sind jedoch Kühlkanalbleche 2 mit
einer Höhe
größer als
die Höhe
des Ringträgers 1,
um das Durchsatzvolumen von Kühlmedium
in dem Kühlkanal 6 zu
vergrößern.
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Je
nach geometrischer Ausgestaltung und in Abhängigkeit der Umformung entstehen
ovale, runde, eckige oder beliebige Formen der Flachstellen 3 und 4.
Ebenso kann es dabei zu ei ner Ausbuchtung des Kühlkanalbleches 2 in
Richtung des Mittelpunktes des Kühlkanalbleches 2 kommen.
Solche Ausbuchtungen, gegebenenfalls in Verbindung mit runden Flachstellen,
haben den Vorteil, dass eine vergrößerte Fläche zum Anbohren zur Verfügung steht, wodurch
eine größere Verbindung
zwischen dem Innenbereich des Kolbens und dem Kühlkanal 6 zwecks Erhöhung des
Durchflußvolumens
eingebracht werden kann.
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4 zeigt
einen Ringträger 1 mit
angeformtem Kühlkanalblech 2,
welcher ebenfalls wieder Flachstellen 3 und 4 aufweist.
An diesen Flachstellen 3 und 4 sind jeweils Rohre 7 und 8 angeformt,
insbesondere angeschweißt.
Dabei kann die jeweilige Flachstelle vor dem Anformen der Rohre 7 und 8 aufgebohrt
werden, so dass noch ein Entgraten der Bohrstelle und gegebenenfalls
Entfernen von Bohrteilen aus dem Kühlkanal 6 möglich ist.
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In
den 5 und 6 sind, analog zu den 2 und 3,
Schnitte D und E gemäß 4 gezeigt,
wobei die Lage des jeweiligen Rohres 7 bzw. 8 zu
der entsprechenden Flachstelle 3 bzw. 4 erkennbar
ist. Dabei ist die Längsachse
des anzuformenden Rohres 7 bzw. 8 senkrecht gerichtet
zu der Ebene der entsprechenden Flachstelle 3 bzw. 4.
Für die
Ausrichtung der Ebenen der Flachstellen 3 und 4,
die in den 5 und 6 gezeigt
sind, gilt das gleiche wie für
die Flachstellen 3 und 4, die in den 2 und 3 gezeigt
sind.
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In
den 5 und 6 ist gezeigt, dass die Rohre 7 und 8 (in
Form eines Hütchens
oder eines Nippels) geschlossen sind. Solche Ausgestaltungen eines
Rohres lassen sich einfach und kostengünstig in großer Stückzahl herstellen.
Zum Eingießen
des Ringträgers
mit seinem Kühlkanalblech 2 und
den angeformten Rohren 7, 8 ist sicherzustellen,
dass der Kühlkanal 6 vollständig geschlossen
ist. Nachdem dieses Bauteil eingegossen worden ist, kann entweder
das geschlossene Ende des Rohres 7 bzw. 8 einschließlich der
entsprechenden Flachstelle 3 bzw. 4 aufgebohrt
werden, wobei es auch denkbar ist, vor dem Anformen der Rohre 7, 8 schon
die Flachstellen 3, 4 aufzubohren, so dass nach
dem Gießvorgang von
dem Innenbereich des Kolbens nur noch eine Bohrung durch das geschlossene
Ende des Rohres 7 bzw. 8 eingebracht werden muss.
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Alternativ
dazu können
die Rohre 7 bzw. 8 so lang ausgebildet werden,
dass sie bis in einen Bereich reichen, in den keine Gießschmelze
gelangt. Dies hätte
den Vorteil, dass die Enden der Rohre offen bleiben können, da
keine Gießschmelze
in den Kühl kanal 6 gelangen
kann. Dies ist mit dem Vorteil verbunden, dass eine Dichtheitsprüfung des
Kühlkanales 6 vor
dem Eingießen
entfallen kann.
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Der
Vollständigkeit
halber wird unter Bezugnahme auf die 6, wobei
folgendes auch für
die vorangegangenen Figuren gilt, erläutert, dass das Rohr 7 bzw. 8 mittels
einer umlaufenden Fügeverbindung,
insbesondere einer Schweißverbindung 9,
im Bereich der zugehörigen
Flachstelle 3 bzw. 4 angeformt ist. Gleiches gilt
für das
Kühlkanalblech 2,
welches radial umlaufend mittels einer Fügeverbindung, insbesondere
einer Schweißverbindung 10,
an der inneren umlaufenden Kontur des Ringträgers 1 angefügt ist.