GIESSFORM UND DAMIT HERGESTELLTER KOLBEN

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gießform zum Gießen eines Kolbens einer Brennkraftmaschine. Die Erfindung betrifft außerdem einen in einer solchen Gießform gegossenen Kolben.

[0002] Aus der US 5,857,440 A ist eine Gießform zum Gießen eines Kolbens einer Brennkraftmaschine bekannt.

[0003] Aus der US 2011/0073061 A1 und der US 2006/0051000 A1 sind Kolben von Brennkraftmaschinen bekannt. Aus der EP 2 133 165 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Gussteils bekannt.

[0004] Beim Gießen von Kolben von Brennkraftmaschinen ist stets auf eine genügende Luftabfuhr während des Gießvorgangs zu achten, um insbesondere unerwünschte Lunker zu vermeiden. In der Technik hat sich hierbei eine als Waffelmuster bezeichnete Oberflächentextur als günstig erwiesen, mittels welcher nicht nur die Fließfähigkeit des Gussmaterials, sondern auch die Luftabführung verbessert werden können. Nachteilig bei dem bekannten Waffelmuster ist jedoch, dass es in Zugrichtung der Gießform eingebracht werden muss, da eine Entformung des gegossenen Kolbens, die außerhalb der Waffelmusterausformschrägen liegt, einen Hinterschnitt erzeugt und dadurch zu einer Beschädigung des gegossenen Kolbens führen kann. Gleichwohl sind solche Oberflächentexturen durchaus erwünscht, und zwar nicht nur zur verbesserten Luftabführung, sondern auch zur Herkunftskennzeichnung des mit dieser Gießform hergestellten Kolbens.

[0005] Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, eine Gießform anzugeben, die insbesondere eine deutlich erhöhte Flexibilität hinsichtlich einer Entformungsrichtung aufweist.

[0006] Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

[0007] Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einer an sich bekannten Gießform zum Gießen eines Kolbens einer Brennkraftmaschine Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einer an sich bekannten Gießform zum Gießens eines Kolbens einer Brennkraftmaschine nunmehr im Bereich einer späteren Innenoberfläche eines Kolbenhemds eine durch Nuten gebildete Oberflächentextur vorzusehen, die ein Entformen des Gussrohlings bis annähernd 90° zur Oberflächentextur, das heißt parallel zur Oberflächentextur zulässt. Hierzu weisen die die Oberflächentextur bildenden Nuten erfindungsgemäß eine Tiefe von 0,2 mm < t < 0,5 mm, eine Breite von 0,02 mm < b < 0,05 mm sowie Nutenwände auf, die um 0° < α < 10° nach außen geneigt sind. Der Querschnitt einer derartigen Nut ist somit trapezförmig. Die erfindungsgemäßen Nuten sind kleiner und zudem steiler als bisherige eine Oberflächentextur ausbildende Nuten und führen dazu, dass die Gießform während des Gießvorgangs optimal entlüftet werden kann, das Gießmetall jedoch nicht in die Nuten eindringt und dort hinterschnittartig verhakt. Generell ist die erfindungsgemäße Oberflächentextur frei gestaltbar, wobei allerdings darauf geachtet werden muss, dass die einzelnen Nuten entlüftet werden können. Die Oberflächentextur ist dabei mit oder ohne Schutzgas sowie mit oder ohne Schlichte bzw. mit oder ohne Dauerbeschichtung sowie auch in Kombination von Dauerbeschichtung und Schlichte einsetzbar. Von besonderem Vorteil bei der erfindungsgemäßen Oberflächentextur mit den zuvor beschriebenen Nuten ist, dass hierdurch eine Oberflächentextur mit einer schwer nachahmbaren Gestaltung erzeugt wird, die als Herkunftsnachweis dienen kann.

[0008] Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung bilden die Nuten eine Vierecksstruktur. Eine derartige Vierecksstruktur kann beispielsweise eine Rechteckstruktur oder eine Rautenstruktur sein, die insbesondere auch als sogenanntes Waffelmuster bezeichnet werden, und die ein Entformen des Gussrohlings aus der Gießform in nahezu alle Richtungen, das heißt bis nahezu parallel zur Oberfläche erlauben.

[0009] Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung sind die Nuten mittels eines Lasers eingebracht. Das Herstellen derartiger Nuten und indirekt auch damit derartiger Oberflächentexturen mittels Laser stellt eine kostengünstige und zugleich qualitativ hochwertige Fertigungsmethode dar.

[0010] Zweckmäßig ist auf der Oberflächentextur eine Beschichtung, insbesondere eine Schlichte, aufgebracht. Eine derartige Beschichtung kann die Nut an ihrem Eingang zumindest teilweise verengen und dadurch ein Eindringen des Gießmaterials erschweren. Zugleich erfolgt durch die Beschichtung kein Verschließen der einzelnen Nuten, so dass die Luftabführung auch mit Beschichtung, insbesondere Dauerbeschichtung oder Schlichte, gewährleistet werden kann. Zur Erhöhung der Werkzeugstandzeiten eigenen sich z.B. metallische oder keramische Beschichtungen oder Kombinationen derselben.

[0011] Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.

[0012] Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

[0013] Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.

[0014] Dabei zeigen, jeweils schematisch

Fig. 1

eine Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße Gießform zum Gießen eines Kolbens mit angedeuteter Entformungsrichtung,

Fig. 2

eine Detaildarstellung der Gießform im Bereich einer Oberflächentextur,

Fig. 3

eine Ansicht auf die erfindungsgemäße Oberflächentextur an einer Innenoberfläche eines Kolbenhemds.

[0015] Entsprechend den Figuren 1 und 2 weist eine erfindungsgemäße Gießform 1 zum Gießen eines lediglich bereichsweise dargestellten Kolbens 2 (vergleiche Figur 3) einer Brennkraftmaschine im Bereich einer späteren Innenoberfläche 3 eines Kolbenhemdes eine durch Nuten 4 gebildete Oberflächentextur 5 auf. Die Nuten 4 weisen dabei erfindungsgemäße folgende Abmessungen auf: Eine Tiefe t, die zwischen 0,2 mm und 0,5 mm liegt (vergleiche Figur 2), eine Breite b, die zwischen 0,02 mm und 0,05 mm liegt sowie nach außen geneigte Nutenwände 6, wobei eine Neigung der Nutenwände 6 nach außen zwischen 0° < α < 10° liegt. Durch die erfindungsgemäß ausgebildeten Nuten 4 ist es im Unterschied zu bisherigen Oberflächentexturen möglich, einen gegossenen Kolben 2 in nahezu sämtliche Richtungen zu entformen, insbesondere sogar bis annähernd parallel zu einer Oberfläche der Oberflächentextur 5, wie dies gemäß der Figur 1 dargestellt ist. Der gemäß der Figur 1 gezeichnete Kreisbogen 7 gibt dabei die möglichen Entformungswinkel an, wobei ersichtlich ist, dass eine Entformung des Kolbens 2 aus der Gießform 1 nahezu richtungsunabhängig um nahezu 180° möglich ist. Dies war bei bisherigen Oberflächentexturen nicht möglich, da diese ausschließlich in Zugrichtung der Gießform eingebracht werden konnten. Eine Entformung, die außerhalb der Waffelmusterausformschrägen bzw. außerhalb der Nutenschrägen lag, erzeugte einen Hinterschnitt und führte zwangsläufig zu einer Beschädigung des Gussteils, das heißt im vorliegenden Fall des Kolbens 2.

[0016] Die erfindungsgemäße Gießform weist diesen Nachteil nicht mehr auf, da bei dieser die Oberflächentextur 5 so ausgelegt ist, dass das Gussmaterial nicht in die Oberflächentextur 5, das heißt insbesondere nicht in die Nuten 4 eindringen kann und dadurch eine große Freiheit bezüglich der Entformungsrichtung lässt, da keine Hinterschnitte erzeugt werden. Trotzdem ermöglichen auch die erfindungsgemäßen Nuten 4 bzw. die dadurch hergestellte Oberflächentextur 5 eine Verbesserung der Fließfähigkeit sowie der Luftabführung während des Gießvorgangs des Kolbens 2.

[0017] Betrachtet man die Figur 3, so kann man erkennen, dass die Nuten 4 eine Viereckstruktur bilden, beispielsweise ein quadratisches Waffelmuster oder aber auch eine Rautenstruktur.

[0018] Zwischen zwei benachbarten Nuten 4 ist dabei gemäß der Figur 2 ein Abstand a vorgesehen, der zwischen 0,2 mm und 2,0 mm liegt. Ein Einbringen der Nuten 4 und damit der Oberflächentextur 5 in die Gießform 1 kann beispielsweise mittels Laser erfolgen, wodurch die Nuten 4 nicht nur äußerst genau, sondern auch vergleichsweise kostengünstig eingebracht werden können. Durch eine besondere Gestaltung der Oberflächentextur 5 kann darüber hinaus ein Herkunftsmerkmal geschaffen werden, wodurch der mit der erfindungsgemäßen Gießform 1 gegossene Kolben 2 zweifelsfrei und leicht einem bestimmten Hersteller zuordenbar ist.

[0019] Betrachtet man nochmals die Figur 2, so kann man erkennen, dass die Gießform 1 im Bereich der Oberflächentextur 5 auch eine Beschichtung 8, insbesondere eine Schlichte, aufweisen kann. Unter Schlichten versteht man generell Überzugsstoffe, die beispielsweise auf Gießformen 1 aufgebracht werden, um insbesondere eine poröse Formteiloberfläche zu glätten. Hierzu benutzt man beispielsweise fein gemahlene, feuerfeste bis hochfeuerfeste Stoffe als Grundmaterial. Eine derartige Beschichtung 8 bzw. Schlichte isoliert zusätzlich den Untergrund und schützt diesen vor der thermischen Belastung durch die Metallschmelze während des Gießens des Kolbens 2. Die Oberflächentextur 5 bzw. die diese bildenden Nuten 4 können beispielsweise mit oder ohne Schutzgas eingebracht werden. Generell sind die erfindungsgemäßen Nuten 4 kleiner und steiler als Nuten bisherigen Oberflächentexturen, wodurch ein Eindringen der Schmelze während des Gießvorgangs und dadurch die Bildung von unerwünschten Hinterschnitten zumindest reduziert, vorzugsweise sogar vermieden werden kann, die für einen optimalen Guss erforderliche Entlüftung jedoch zuverlässig gewährleistet werden kann.

[0020] Mit der erfindungsgemäßen Gießform 1 lassen sich somit erhebliche Vorteile erzielen, nämlich

• eine nahezu beliebige Entformungsrichtung,
• eine Herkunftsbezeichnung durch eine bestimmte Gestaltung der Oberflächentextur 5,
• eine zuverlässige Entlüftung während des Gießens des Kolbens 2.

Ansprüche

1. Gießform (1) zum Gießen eines Kolbens (2) einer Brennkraftmaschine, wobei die Gießform (1) im Bereich einer späteren Innenoberfläche (3) eines Kolbenhemds eine durch Nuten (4) gebildete Oberflächentextur (5) aufweist und wobei die Nuten (4) folgende Abmessungen aufweisen,

- eine Tiefe von 0,2 mm < t < 0,5 mm,

- eine Breite von 0,02 mm < b < 0,05 mm, sowie

- Nutenwände (6), die um 0° < α < 10° nach außen geneigt sind.

2. Gießform nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Nuten (4) eine Viereckstruktur bilden.

3. Gießform nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen zwei Nuten (4) ein Abstand von ca. 0,2 mm < a < 2,0 mm liegt.

4. Gießform nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Nuten (4) mittels eines Lasers eingebracht sind.

5. Gießform nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass auf der Oberflächentextur (5) eine Beschichtung (8), insbesondere eine Schlichte, aufgebracht ist.

6. Gießform nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Oberflächentextur (5) als quadratisches Waffelmuster ausgebildet ist.

7. In einer Gießform (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 gegossener Kolben (2) mit im Bereich einer Innenoberfläche (3) des Kolbenhemds durch Nuten (4) gebildeten Oberflächentextur (5), wobei die Nuten (4) folgende Abmessungen aufweisen,

- eine Tiefe von 0,2 mm < t < 0,5 mm,

- eine Breite von 0,02 mm < b < 0,05 mm, sowie

- Nutenwände (6), die um 0° < α < 10° nach außen geneigt sind.

Claims

1. Casting mould (1) for casting a piston (2) of an internal combustion engine, wherein in the region of a subsequent inner surface (3) of a piston skirt, the casting mould (1) has a surface texture (5) formed by grooves (4), and wherein the grooves (4) have the following dimensions:

- a depth of 0.2 mm < t < 0.5 mm,

- a width of 0.02 mm < b < 0.05 mm, and

- groove walls (6) which are outwardly inclined by 0° < α < 10°.

2. Casting mould according to claim 1,
characterised in that
the grooves (4) form a rectangular structure.

3. Casting mould according to claim 1 or 2,
characterised in that
there is a spacing of about 0.2 mm < a < 2.0 mm between two grooves (4).

4. Casting mould according to any of claims 1 to 3,
characterised in that
the grooves (4) are introduced by means of a laser.

5. Casting mould according to any of claims 1 to 4,
characterised in that
a coating (8), in particular a black wash, is applied to the surface texture (5).

6. Casting mould according to any of claims 1 to 5,
characterised in that
the surface texture (5) is designed as a square waffle pattern.

7. Piston (2) cast in a casting mould (1) according to any of claims 1 to 6, having in the region of an inner surface (3) of the piston skirt surface texture (5) formed by grooves (4), wherein the grooves (4) have the following dimensions:

- a depth of 0.2 mm < t < 0.5 mm,

- a width of 0.02 mm < b < 0.05 mm, and

- groove walls (6) which are outwardly inclined by 0° < α < 10°.

Revendications

1. Moule de coulée (1) servant à couler un piston (2) d'un moteur à combustion interne, dans lequel le moule de coulée (1) présente, dans la zone d'une surface intérieure (3) ultérieure d'une jupe de piston, une texture de surface (5) formée par des rainures (4) et dans lequel les rainures (4) présentent les dimensions qui suivent,

- une profondeur de 0,2 mm < p < 0,5 mm,

- une largeur de 0,02 mm < l < 0,05 mm, ainsi que

- des parois de rainure (6), qui sont inclinées vers l'extérieur à 0° < α < 10°.

2. Moule de coulée selon la revendication 1,
caractérisé en ce
que les rainures (4) forment une structure quadrangulaire.

3. Moule de coulée selon la revendication 1 ou 2,
caractérisé en ce
qu'une distance d'environ 0,2 mm < d < 2,0 mm se situe entre deux rainures (4).

4. Moule de coulée selon l'une quelconque des revendications 1 à 3,
caractérisé en ce
que les rainures (4) sont pratiquées au moyen d'un laser.

5. Moule de coulée selon l'une quelconque des revendications 1 à 4,
caractérisé en ce
qu'un revêtement (8), en particulier un enduit, est appliqué sur la texture de surface (5).

6. Moule de coulée selon l'une quelconque des revendications 1 à 5,
caractérisé en ce
que la texture de surface (5) est réalisée sous la forme d'un motif gaufré carré.

7. Piston (2) coulé dans un moule de coulée (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, avec une texture de surface (5) formée par des rainures (4) dans la zone d'une surface intérieure (3) de la jupe de piston, dans lequel les rainures (4) présentent les dimensions qui suivent,

- une profondeur de 0,2 mm < p < 0,5 mm,

- une largeur de 0,02 mm < l < 0,05 mm, ainsi que

- des parois de rainure (6), qui sont inclinées vers l'extérieur à 0° < α < 10°.

Zeichnung