DE19649363C2 - Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung einer Kolbeneinheit für einen Verbrennungsmotor - Google Patents
Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung einer Kolbeneinheit für einen VerbrennungsmotorInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung einer
Kolbeneinheit für einen Verbrennungsmotor, insbesondere einer Kolbeneinheit,
die eine ringförmige Passage besitzt, die unter Verwendung eines Schmelzkerns
hergestellt wurde.
Bei einer herkömmlichen Kolbeneinheit für einen Verbrennungsmotor wird der
Kolben erhitzt. Daher besteht eine gewisse Möglichkeit, daß der Ring stecken
bleibt und ein Kolbenring beschädigt werden kann. Der Kolben hat eine ring
förmige Ölpassage in dem oberen Bereich des Kolbens, um zu verhindern, daß
der Ring steckenbleibt oder der Kolbenring beschädigt wird. Ein Verfahren zur
Herstellung einer Kolbeneinheit ist beispielsweise in der japanischen Patentan
meldung Nr. 4(1992)-26930 und der japanischen Gebrauchsmusteranmeldung
Nr. 7(1995)23560 offenbart.
In der japanischen Patentanmeldung Nr. 4(1992)-26930 ist ein Verfahren zur
Herstellung einer Kolbeneinheit offenbart, bei dem ein dreistückiger Formkern
verwendet wird. Als Formkerne werden dabei ein zentraler Kern und ein Paar
von Seitenkernen eingesetzt. Der zentrale Kern hat zwei Haltestifte, um einen
ringförmigen Schmelzkern zu halten. Der Schmelzkern ist aus Salz gebildet. Ein
wesentlicher Anteil an geschmolzener Aluminiumlegierung strömt in die Hohl
räume und verfestigt sich, und nachdem dann die Schmelzkerne und die Haltes
tifte herausgezogen werden, wird der Schmelzkern aufgelöst. Wenn die Haltes
tifte herausgezogen werden, besitzt der Kolben zwei Verbindungsöffnungen
zwischen der ringförmigen Ölpassage und dem Innenraum des Kolbens. Die
Verbindungsöffnungen werden zur Zirkulation des Öls eingesetzt. Die Positionen
der Verbindungsöffnungen entscheiden jedoch, wo die Haltestifte plaziert wer
den. Zusätzlich müssen die Haltestifte in dieselbe Richtung plaziert sein wie die
Richtung, in der die Gußform herausgezogen wird. Daher ist es sehr schwierig
eine Vielzahl von Verbindungsöffnungen in geeigneten Positionen herzustellen.
In der japanischen Gebrauchsmusteranmeldung Nr. 7(1995)-23560 ist ebenfalls
ein Verfahren zur Herstellung einer Kolbeneinheit offenbart. Die Kolbeneinheit
hat eine Stahlverstrebung, die den äußeren Durchmesser des Kolbens an einer
Wärmeausdehnung hindert. Die Stahlverstrebung hat vier Stützelemente, um
einen Schmelzkern zu halten. Es strömt eine geschmolzene Aluminiumlegierung
in die Hohlräume und verfestigt sich, und nachdem Verbindungsöffnungen von
dem Innenraum des Kolbens zu dem Schmelzkern gebohrt wurden, wird der
Schmelzkern geschmolzen. Die Kolbeneinheit hat vier Stützteile, die an der
Stahlverstrebung angeordnet sind. Daher ist die Anzahl an Teilen durch die
Stahlverstrebung erhöht, was es teuer macht, die Kolbeneinheit herzustellen.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Ver
fahren zur Herstellung einer Kolbeneinheit für einen Verbrennungsmotor zu
schaffen, bei dem die oben genannten Nachteile vermieden werden.
Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und einem Ver
fahren gemäß Anspruch 7 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offen
bart.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren gemäß dem Anspruch 1 gelöst. Ent
sprechend der vorliegenden Erfindung umfaßt das Verfahren zur Herstellung
einer Kolbeneinheit für einen Verbrennungsmotor die Schritte des Einklemmens
eines Schmelzkerns in einen Hohlraum einer Kolbenform, wobei der
Schmelzkern einen inneren Ring, der eine ringförmige Passage innerhalb eines
Kolbenkörpers bildet, einen äußeren Ring und eine Vielzahl an Ver
bindungsbereichen, die zwischen dem inneren Ring und dem äußeren Ring ver
bunden sind, aufweist, das Gießen einer geschmolzenen Metallegierung in die
Hohlräume und deren Verfestigung darin, Entfernen des äußeren Rings von dem
Schmelzkern, Ausfüllen des entfernten Raums mit Verstärkungsmaterial und
anschließendem Auflösen des inneren Rings und der Verbindungsbereiche des
Schmelzkerns.
Die vorgenannten und weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden
durch die folgende detaillierte Beschreibung von bevorzugten Ausführungs
beispielen offensichtlicher werden, wenn sie mit Bezug auf die beigefügten
Zeichnungen betrachtet werden, wobei:
Fig. 1 eine Schnittansicht einer Kolbeneinheit für einen Verbrennungsmotor
ist, die durch ein Verfahren entsprechend der vorliegenden Erfindung
hergestellt wurde;
Fig. 2 eine Schnittansicht von Gußformen entsprechend der vorliegenden Er
findung ist;
Fig. 3 eine Draufsicht auf einen Schmelzkern entsprechend der vorliegenden
Erfindung ist, und
Fig. 4 eine Schnittansicht entlang der Linie A-A in Fig. 3 ist.
Mit Bezug auf Fig. 1 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kolbeneinheit
für einen Verbrennungsmotor gezeigt, das durch das Verfahren der vorliegenden
Erfindung hergestellt ist.
Die Kolbeneinheit 10 ist aus einer Aluminiumlegierung hergestellt. An dem
oberen Bereich der Außenseite des Kolbens 10 sind eine oberste Ringnut 11, eine
zweite Ringnut 12 und eine Ölringnut 13 angeordnet. Diese Ringnuten 11, 12
und 13 sind durch ein Rillenschneidwerkzeug gebildet. Die oberste Ringnut 11 ist
an einem Ringbereich 25 gebildet. Der Ringbereich 25 ist aus einem verstärkten
Material, beispielsweise aus einer auf Fe basierenden Legierung oder einer auf
Fe-Cr-C basierenden Legierung, gebildet. An dem oberen Bereich der Kolbenein
heit 10 ist ein Hohlraum 14 gebildet, und ein hohles zylinderförmiges Vorsprung
steil 15 ist nach unten ausgebildet. Das Vorsprungsteil 15 hat ein offenes Ende in
dem Bodenbereich, und in dem Vorsprungsteil 15 ist ein Innenraum 27 gebildet.
Die gegenüberliegenden Seiten des Vorsprungsteils 15 besitzen ein Paar von
verdickten Bereichen 17, die einander zugewandt sind. Die dicken Bereiche ha
ben jeweils Verbindungslöcher 16.
In dem oberen Bereich der Kolbeneinheit 10 ist eine ringförmige Passage 18 ge
bildet. Die ringförmige Passage 18 ist mit einer Eintrittspassage 19 und einer
(nicht dargestellten) Austrittspassage für Öl verbunden. Das Öl strömt durch die
Eintrittspassage 19 für das Öl, die ringförmige Passage 18 und die Austrittspas
sage für das Öl und kühlt die Kolbeneinheit 10.
Wie in Fig. 2 gezeigt ist, ist der Hohlraum der Kolbeneinheit 10 durch zwei seitli
che Gußformen 20, 21, einer oberen Gußform 22 und einem Formkern 23 ge
bildet. Der Formkern 23 ist in eine Vielzahl von Kernen (nicht gezeigt) zum
Herausziehen geteilt.
Wie in Fig. 2 gezeigt ist, wird der innere Ring 24a während der Herstellung der
Kolbeneinheit 10 in dem oberen Bereich der Kolbeneinheit 10 positioniert. Der
äußere Ring 24c des Schmelzkerns 24 wird zwischen die seitlichen Gußformen 20
und 21 und der oberen Gußform 22 eingeklemmt.
Nachdem der Schmelzkern 24 zwischen die seitlichen Gußformen 20 und 21 und
die oberen Gußformen 22 eingeklemmt wurde, wird eine geschmolzene Alumini
umlegierung in den Hohlraum eingegossen. Die geschmolzene auf Aluminium
basierende Legierung wird darin gekühlt, um die Kolbeneinheit 10 zu verfesti
gen. Nach der Verfestigung werden die seitlichen Gußformen 20 und 21 nach
links und nach rechts in der Fig. 2 bewegt und die obere Gußform 22 und der
Schmelzkern 23 werden nach oben bzw. unten bewegt.
Als nächstes werden der äußere Ring 24c oder der äußere Ring 24c zusammen
mit den Verbindungsbereichen 24b entfernt. Dies bildet einen neu geschaffenen
Raum, der ein ringförmiger Hohlraum 26 ist, dessen Querschnitt als eine V-
förmige Rille ausgebildet ist. Wenn die Verbindungsbereiche 24b nicht mit dem
äußeren Ring 24c entfernt werden, ist es möglich, sie durch Spritzen mit
Hochdruckwasser von dem ringförmigen Hohlraum 26 herauszulösen.
Der ringförmige Hohlraum 26 wird mit einem Verstärkungsmaterial gefüllt, um
einen Verstärkungsring zu bilden. Der Verstärkungsring verhindert, daß der er
ste Ring durch die Hitze herausgleitet. Das Verfahren zum Füllen ist Schweißen
oder ein Beschichten. Das Verstärkungsmaterial ist eine auf Fe basierende Le
gierung oder eine auf Fe-Cr-C basierende Legierung. Es besteht daher kein Be
darf, den Verstärkungsring zu schneiden oder zu schleifen.
Ferner werden die Eintrittspassage 19 und die Austrittspassage für das Öl von
dem Innenraum 27 gebohrt. Die Eintrittspassage 19 und die Austrittspassage für
das Öl sind in einer geeigneten Position für das Kühlöl, das durch die ringförmige
Passage 18 strömt. Das Hochdruckwasser spritzt bzw. trifft auf den inneren Ring
24a durch die Eintrittspassage 19 und die Austrittspassage für das Öl. Durch das
Hochdruckwasser wird der innere Ring 24a aufgelöst und die ringförmige Pas
sage 18 wird gebildet.
Zuletzt werden die erste Ringnut 11, die zweite Ringnut 12 und die Ölringnut 13
an der äußeren Oberfläche der Kolbeneinheit 10 herausgeschnitten, und die
äußere Oberfläche der Kolbeneinheit wird geschliffen.
Claims (7)
1. Vorrichtung zur Herstellung einer Kolbeneinheit für einen Verbrennungs
motor, bestehend aus einer Gußform (20, 21, 22, 23) und einem
Schmelzkern (24), der in dem den Kolben abbildenden Hohlraum der
Gußform eingeklemmt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der
Schmelzkern (24) einen inneren Ring (24a), welcher eine ringförmige Pas
sage (18) innerhalb des Kolbenkörpers bildet, einen äußeren Ring (24c) und
eine Vielzahl von Verbindungsbereichen (24b), die mit dem inneren Ring
(24a) und dem äußeren Ring (24c) verbunden sind, aufweist.
2. Vorrichtung zur Herstellung einer Kolbeneinheit für einen Verbrennungs
motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzkern
(24) aus einem Körper gebildet ist.
3. Vorrichtung zur Herstellung einer Kolbeneinheit für einen Verbrennungs
motor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzkern
(24) aus Salz gebildet ist.
4. Vorrichtung zur Herstellung einer Kolbeneinheit für einen Verbrennungs
motor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzkern
(24) an dem äußeren Ende der Oberfläche des äußeren Rings (24c) festge
klemmt ist.
5. Vorrichtung zur Herstellung einer Kolbeneinheit für einen Verbrennungs
motor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine
Oberfläche des äußeren Rings (24c) des Schmelzkerns (24) kegelförmig aus
gebildet ist.
6. Vorrichtung zur Herstellung einer Kolbeneinheit für einen Verbrennungs
motor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des
äußeren Endes des äußeren Rings (24c) größer als die Dicke des inneren
Endes des äußeren Rings (24c) ist.
7. Verfahren zur Herstellung einer Kolbeneinheit für einen Verbrennungsmo
tor, das die folgenden Schritte umfaßt:
- a) Einklemmen eines Schmelzkerns (24) in einen Hohlraum einer Gußform (20, 21, 22, 23) für einen Kolben;
- b) Eingießen einer geschmolzenen Metallegierung in den Hohlraum und Verfestigung darin;
- c) Entfernen des äußeren Ringes (24c) des Schmelzkerns (24) davon
- d) Ausfüllen des dadurch geschaffenen Raums mit einem Verstärkungsma terial, und
- e) Auflösen des inneren Rings (24a) und der Verbindungsbereiche (24b) des Schmelzkerns (24).
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