GIESSKERN ZUR BILDUNG EINES KÜHLKANALS IN EINEM GIESSTECHNISCH HERGESTELLTEN KOLBEN

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Gießkem zur Bildung eines Kühlkanals in einem gießtechnisch hergestellten Kolben nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

[0002] Aus der japanischen Patentanmeldung mit der Publikationsnummer JP 2006090159 ist ein wasserlöslicher Salzkern zur Bildung eines Kühlkanals in einem gegossenen Kolben für einen Verbrennungsmotor bekannt, der ringförmig ausgebildet ist und einen parallel zur Kolbenachse liegenden Bereich aufweist, der den Ölablauf des Kühlkanals bildet und über eine viertelkreisförmige Kembiegung in den ringförmigen Teil des Kühlkanals übergeht. Weiterhin weist der Salzkern einen parallel zur Kolbenachse angeordneten Bereich auf, der den Ölzulauf des Kühlkanals bildet, wobei der Salzkern auf der diesem Bereich gegenüberliegenden Seite eine Kerbe zur Bildung eines in Richtung des eingespritzten Ölstrahles konisch zulaufenden Strahlteilers aufweist. Der Strahlteiler hat die Funktion, den Ölstrahl in die beidseitig hiervon liegenden Hälften des Kühlkanals aufzuteilen,

[0003] Aus der japanischen Patentanmeldung mit der Publikationsnummer JP 2006090158 ist ein Kolben für einen Verbrennungsmotor bekannt, der einen mittels eines Satzkerns herstellbaren Kühlkanal aufweist. Auch dieser Kühlkanal weist auf der der Ölzulauföffnung gegenüberliegenden Seite des Kühlkanals einen Strahlteiler auf, der den Ölstrahl in die beidseitig hiervon liegenden Hälften des Kühlkanals aufteilt.

[0004] Hierbei hängt die Aufteilung des Kühlöls in die beiden Kühlkanathälften sowohl von der Position des Kolbens gegenüber einer den Ölstrahl abspritzenden Öldüse als auch von Querbeschleunigungen ab, die der Ölstrahl aufgrund von Bewegungen des mit dem Kolben ausgerüsteten Motors erfährt. Hieraus ergibt sich der Nachteil, dass die Menge des Kühlöles, das in die beidseitig des Strahlteilers liegenden Hälften des Kühlkanals eingeleiteten wird, großen Schwankungen unterliegt, woraus sich Temperaturprobleme für den Kolben ergeben können, die zu einer Beschädigung des mit dem Kolben ausgestatteten Motors führen können.

[0005] Diesen Nachteil des Standes der Technik zu vermeiden, ist Aufgabe der Erfindung. Gelöst wird diese Aufgabe mit den im Kennzeichen des Hauptanspruches stehenden Merkmalen. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

[0006] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen

Fig. 1

eine perspektivische Darstellung eines halb aufgeschnittenen, im Gießverfahren hergestellten Kolbens mit dem erfindungsgemäßen, löslichen Gießkern zur Bildung eines Kühlkanals,

Fig. 2

den löslichen Gießkem gemäß der Erfindung in perspektivischer Darstellung, bevor er in eine Gießform für den Kolben eingelegt wird,

Fig. 3

eine Ausgestaltung des Gießkerns mit zwei Ölablauföffnungen und einem in Richtung der Hauptablauföffnung zunehmendem Querschnitt und

Fig. 4

eine weitere Ausgestaltung des Gießkerns mit ovaler Zulauföffnung.

[0007] Fig. 1 zeigt in perspektivischer Darstellung einen halbaufgeschnittenen Kolben 1 für einen Verbrennungsmotor, der im Gießverfahren hergestellt wird, wobei ein aus einem auslösbaren Material hergestellter Gießkem 2 mit eingegossen wird. In Fig. 1 ist der Gießkem 2 vollständig eingezeichnet, der ringförmig ausgebildet und nahe dem Kolbenboden 3 im radial äußeren Bereich des Kolbens 1 angeordnet ist. Hergestellt werden kann der Kolben 1 aus Aluminium oder aus Gusseisen, während der lösliche Gießkem 2 aus Salz oder aus Sand bestehen kann, sodass der Gießkern 2 nach dem Gießen des Kolbens 1 mit Wasser oder mit einer anderen geeigneten Flüssigkeit aus dem Kolben 1 ausgewaschen werden kann.

[0008] Der Kolben 1 ist versehen mit einer in den Kolbenboden 3 eingeformte Verbrennungsmulde 4 und radial außen in Kolbenbodennähe mit einer Ringpartie 5, wobei die dem Kolbenboden 3 nächstliegende Nut 6 einen beispielsweise aus Niresist bestehenden Ringträger 20 für einen in der Zeichnung nicht dargestellten Verdichtungsring aufweist. Der Kolben 1 weist auf der dem Kolbenboden 3 abgewandten Seite des Kolbens 1 zudem zwei einander gegenüberliegende Bolzennaben 7, 8 mit je einer Bolzenbohrung 9, 10 und außerdem die Bolzennaben 7, 8 miteinander verbindende und an den Kolbenboden 3 angeformte Schaftelemente auf, von denen in der Darstellung des Kolbens 1 gemäß Fig. 1 nur das Schaftelement 11 sichtbar ist.
Der in Fig. 1 dargestellte Kolben 1 ist so aufgeschnitten, dass die vom Gießkern 2 gebildeten Zulauföffnung 12 und Hauptablauföffnungen 13 des Kühlkanals erkennbar sind. In Fig. 2 ist dargestellt, dass der Gießkem 2 sowohl im Bereich der Zulauföffnung 12 als auch im Bereich der Hauptablauföffnung 13 kurze Bereiche 14, 15 aufweist, die zumindest annähernd gleiche Querschnittsdurchmesser aufweisen, und die jeweils über eine viertelkreisförmige Kembiegung 17, 18 in den ringförmigen Teil des Gießkemes 2 übergehen. Hierbei liegt der Bereich 14, der die Zulauföffnung 12 bildet, zumindest annähernd parallel zur Kolbenachse 16. Die beiden Bereiche 14 und 15 des Gießkerns 2 sind in einem geringen Abstand voneinander angeordnet, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel näherungsweise dem Querschnittsdurchmesser des Bereiches 14 oder 15 maximal aber dem zweifachen Querschnittsdurchmesser des Bereiches 14 oder 15 entspricht. Der zweite Bereich 14 mündet hierbei in dasjenige Ende des Gießkernes 2, das die Zulauföffnung 12 des Kühlkanals bildet.

[0009] Im Bereich der Hauptablauföffnung 13 des Kühlkanals kann der Gießkern 2 eine weitere Kembiegung 19 aufweisen, über die der zur Kolbenachse 16 parallel liegende erste Bereich 15 des Gießkemes 2 in den Teil des Gießkemes 2 übergeht, der die Hauptablauföffnung 13 bildet, die hierbei so ausgerichtet ist, dass das hieraus austretende Kühlöl, wie Fig. 1 erkennen lässt, in Richtung eines in der Fig. 1 nicht dargestellten Kolbenbolzens spritzt. Hierdurch kann das Kühlöl nach dem Kühlen des Kolbens 1 dazu verwendet werden, den Bolzen des Kolbens 1 zu kühlen, und das kleine Pleuelauge einer mit dem Kolben verbundenen Pleuelstange zu schmieren.

[0010] Hierbei hat die Form des Gießkemes 2 im Bereich der Zulauföffnung 12 und im Bereich der Hauptablauföffnung 13 mit den parallel zur Kolbenachse 16 liegenden Bereichen 14 und 15 und mit den Kembiegungen 17 bis 19 den Vorteil, dass Kühlöl unabhängig von der Position des Kolbens 1 von einer beispielweise im Bereich der Kurbelwelle angeordneten Ölspritzdüse unter hohem Druck in die vom Gießkern 2 gebildete Ölzulauföffnung 12 eingespritzt werden kann, wobei die Ölspritzdüse so angeordnet ist, dass sie das Kühlöl parallel zur Kolbenachse 16 abspritzt und dabei in die Zulauföffnung 12 einspritzt. Das Öl gelangt dann über den von der Kernbiegung 17 gebildeten Teil des Kühlkanals mit nur geringem Strömungswiderstand in den ringförmigen Teil des Ölkanals, durchläuft diesen schnell, und gelangt über die von den Kernbiegungen 18 und 19 gebildeten Teile des Kühlkanals mit geringem Strömungswiderstand zur Hauptablauföffnung 13, sodass hierdurch ein großer Öldurchsatz gewährleistet ist, der zu einer gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Kühlung des Kolbens 1 führt.

[0011] Außerdem hat der geringe Abstand zwischen den Teilen des Kühlkanals, die von den parallel zur Kolbenachse 16 liegenden Bereichen 14 und 15 des Gießkemes 2 gebildeten werden, den Vorteil, dass nur ein sehr geringer Teil des Kolbens 1 vom Kühlöl ungekühlt bleibt.

[0012] Das in Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel eines Gießkerns 21 weist im Vergleich zum Gießkem 2 gemäß Fig. 2 einen vom Kolbenboden 3 wegweisenden Mittenbereich 26 auf, der eine mittlere Ablauföffnung 22 bildet, und der auf der den Bereichen 14 und 15' für die Zulauföffnung 12 und für die Hauptablauföffnung 13 gegenüberliegenden Seite des Gießkerns 21 angeordnet ist. Darüber hinaus nimmt der Querschnitt des Gießkerns 21 ausgehend von dessen Mittenbereich 26 bis hin zu dessen die Hauptablauföffnung 13 bildenden Bereich ersten Bereich 15' zu. Hierbei weist der Querschnitt des gesamten Gießkerns 21 eine ovale Form auf, dessen Ovalität in Richtung der Kolbenachse 16 liegt. Der vom Gießkem 21 gebildete Kühlkanal hat den Vorteil, dass er wegen der zusätzlichen, mittleren Ablauföffnung 22 und wegen des in Richtung des ersten Bereiches 15' zunehmenden Querschnitts dem in die Zulauföffnung 12 eingeleiteten Kühlöl einen sehr geringen Strömungswiderstand entgegensetzt, sodass dadurch die Menge des durch den Kühlkanal geleiteten Kühlöles weiter zunimmt und die Kühlung des Kolbens 1 verbessert wird.

[0013] In Fig. 4 ist eine Ausgestaltung eines Gießkemes 23 dargestellt, dessen Zulauföffnung 24 ovalförmig ausgebildet ist, wobei deren Ovalität senkrecht zum Kolbenradius 25 liegt. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass die im Bereich der Kurbelwelle angeordnete Ölspritzdüse, mit deren Hilfe dem Kühlkanalkolben das Kühlöl zugeführt wird, nicht so ausgerichtet sein muss, dass sie Öl ausschließlich parallel zur Kolbenachse 16 abspritzt. In Abhängigkeit des Ortes, wo die Ölspritzdüse montiert ist, kann das Kühlöl schräg, das heißt, in einem spitzen Winkel zur Kolbenachse 16 in Richtung Zulauföffnung 24 gespritzt werden, wobei die Ölspritzdüse derart ausgerichtet sein muss, dass der Ölstrahl die Zulauföffnung 24 unabhängig von der Stellung des Kolbens 1 zwischen dem oberen und dem unteren Totpunkt trifft.

Bezugszeichenliste

[0014] 

1

Kolben

2

Gießkem

3

Kolbenboden

4

Verbrennungsmulde

5

Ringpartie

6

Nut

7, 8

Bolzennabe

9, 10

Bolzenbohrung

11

Schaftelement

12

Zulauföffnung

13

Hauptablauföffnung

14

zweiter Bereich des Gießkerns 2

15

erster Bereich des Gießkerns 2

15'

erster Bereich des Gießkerns 23

16

Kolbenachse

17,18,19

Kembiegung

20

Ringträger

21

Gießkem

22

mittlere Ablauföffnung

23

Gießkem

24

Zulauföffnung

25

Kolbenradius

26

Mittenbereich des Gießkerns 23

Ansprüche

1. Löslicher, teilkreisförmig ausgebildeter Gießkern (2, 21, 23) zur Bildung eines Kühlkanals zur Aufnahme von Kühlöl, wobei der Kühlkanal in einem gießtechnisch hergestellten Kolben (1) nahe einem Kolbenboden (3) angeordnet ist, und wobei der Gießkern (2, 21, 23) an seinem einen Ende über eine viertelkreisförmige Kembiegung (18) in einen ersten Bereich (15, 15') übergeht, der eine Hauptablauföffnung (13) des Kühlkanals bildet, und der parallel zu einer Achse (16) angeordneten ist, die senkrecht zu der vom Teilkreis des Gießkerns (2, 21, 23) gebildeten Ebene liegt,
dadurch gekennzeichnet, dass der Gießkem (2, 21, 23) an seinem anderen Ende über eine viertelkreisförmige Kembiegung (17) in einen parallel zum ersten Bereich (15, 15') angeordneten und in die gleiche Richtung wie der erste Bereich (15, 15') weisenden, zweiten Bereich (14) übergeht, wobei der zweite Bereich (14) die Zulauföffnung (12, 24) des Kühlkanals bildet.

2. Gießkem (2, 21, 23) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen den Bereichen (14, 15, 15') für die Zulauföffnung (12, 24) und die Hauptablauföffnung (13) gegenüberliegenden und vom Kolbenboden wegweisenden Mittenbereich (26) zur Bildung einer mittleren Ablauföffnung (22).

3. Gießkem (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Bereich (14, 15) des Gießkerns (2) gleiche Querschnittsdurchmesser aufweisen und in einem Abstand voneinander angeordnet sind, der maximal dem zweifachen Querschnittsdurchmesser eines der beiden Bereiche (14, 15) entspricht.

4. Gießkern (21, 23) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Gießkerns (21, 23) ausgehend vom Mittenbereich (26) bis zum ersten Bereich (15') zunimmt.

5. Gießkern (2, 21, 23) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zulauföffnung (12, 24) ovalförmig ausgebildet ist, wobei dessen Ovalität senkrecht zum Kolbenradius (25) liegt.

Claims

1. A soluble casting core (2, 21, 23) in the shape of a pitch circle to form a cooling channel for receiving cooling oil, the cooling channel being arranged in a piston (1) produced by casting close to a piston base (3), and the casting core (2, 21, 23) merging at one end via a core bend (18) in the form of a quarter circle into a first region (15, 15'), which forms a main outflow opening (13) of the cooling channel, and is arranged parallel to an axis (16) that lies perpendicular to the plane formed by the pitch circle of the casting core (2, 21, 23),
characterized in that the casting core (2, 21, 23) merges at its other end via a core bend (17) in the form of a quarter circle into a second region (14), which is arranged parallel to the first region (15, 15') and points in the same direction as the first region (15, 15'), the second region (14) forming the inflow opening (12, 24) of the cooling channel.

2. The casting core (2, 21, 23) according to Claim 1, characterized by a middle region (26), which is opposite to the regions (14, 15, 15') for the inflow opening (12, 24) and the main outflow opening (13) and points away from the piston floor, to form a middle outflow opening (22).

3. The casting core (2) according to Claim 1 or 2, characterized in that the first and the second regions (14, 15) of the casting core (2) have equal cross-sectional diameter and are arranged at a distance from one another which corresponds at most to two times the cross-sectional diameter of one of the two regions (14, 15).

4. The casting core (21, 23) according to Claim 2, characterized in that the cross-section of the casting core (21, 23) increases originating from the middle region (26) up to the first region (15').

5. The casting core (2, 21, 23) according to one of the preceding claims, characterized in that the inflow opening (12, 24) is in the form of an oval, its ovality lying perpendicularly to the piston radius (25).

Revendications

1. Noyau de coulée soluble (2, 21, 23), en forme de cercle incomplet, destiné à former un canal de refroidissement recevant de l'huile de refroidissement, le canal de refroidissement étant placé dans un piston (1) fabriqué par coulée près d'une tête de piston (3) et le noyau de coulée (2, 21, 23), à l'une de ses extrémités, se poursuivant après un coude du noyau (18) ayant la forme d'un quart de cercle par une première zone (15, 15') qui forme une ouverture principale d'écoulement (13) du canal de refroidissement et qui est disposée parallèlement à un axe (16) qui est perpendiculaire au plan formé par le cercle incomplet du noyau de coulée (2, 21, 23), caractérisé en ce que le noyau de coulée (2, 21, 23), à son autre extrémité, se poursuit après un coude du noyau (17) ayant la forme d'un quart de cercle par une deuxième zone (14) disposée parallèlement à la première zone (15, 15') et dirigée dans la même direction que la première zone (15, 15'), la deuxième zone (14) constituant l'ouverture d'alimentation (12, 24) du canal de refroidissement.

2. Noyau de coulée (2, 21, 23) selon la revendication 1, caractérisé par une zone centrale (26) destinée à former une ouverture d'écoulement centrale (22) opposée aux zones (14, 15, 15') formant l'ouverture d'alimentation (12, 24) et l'ouverture principale d'écoulement (13) et orientée dans la direction opposée à la tête de piston.

3. Noyau de coulée (2) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la première et la deuxième partie (14, 15) du noyau de coulée (2) possèdent un diamètre en section transversale identique et sont écartées l'une de l'autre d'une distance égale au maximum au double du diamètre en section d'une des deux parties (14, 15).

4. Noyau de coulée (21, 23) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la section transversale du noyau de coulée (21, 23) augmente à partir de la partie centrale (26) en direction de la première partie (15').

5. Noyau de coulée (2, 21, 23) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'ouverture d'alimentation (12, 24) est de forme ovale, l'ovalité étant orientée perpendiculairement au rayon du piston (25).

Zeichnung