Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Serienherstellung eines Kolbens
für Brennkraftmaschinen
gemäß den Merkmalen
des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.The
The invention relates to a method for series production of a piston
for internal combustion engines
according to the characteristics
the preamble of claim 1.
Bei
der Serienproduktion von Kolben sind Maschinen mit Gießwerkzeugen
bekannt, die eine Negativform für
den herzustellenden Kolbenrohling darstellen und die über ein
Zulaufsystem mit Gießschmelze
befüllt
werden. Es handelt sich in der Regel um mehrteilige Werkzeuge, bestehend
aus zwei Außenkokillenhälften, einem
ein- oder mehrteiligen Kern, welcher die zum kleinen Pleuelauge
weisende Innenkontur des Kolbens festlegt und einem Gießboden mit
einem zentralen Speisen, der die zum Brennraum weisende Oberfläche des
Kolbenrohlings im Rohzustand definiert. Während der Kern und die Außenkokillenhälften auch
nach. dem Öffnen
des Gießwerkzeugs
nah beieinander verbleiben, wird der Gießboden zur Verbesserung der
Zugangs bei der Entnahme des Kolbenrohlings weit weg, teilweise
bis zu. zwei Meter vom Gießwerkzeug
fortbewegt. Die innere Oberfläche
des Speisers ist in der Regel mit thermisch stark isolierendem Material
ausgekleidet. Dadurch soll der ebenfalls mit Gießschmelze gefüllte Speiser
bis zur vollständigen
Erstarrung des Gussteils flüssig
gehalten werden, um ausreichend Schmelze für die Nachspeisung zum Ausgleich
der Volumenkontraktion bei der Erstarrung bereitzustellen. Beim Übergang
des Metalls vom flüssigen
in den festen Zustand nimmt das Volumen um mehrere Prozent ab. Da
metallfreie Räume
(Lunker) im Produkt in jedem Fall vermieden werden müssen, wird
der Speiser so angeordnet, dass z. B. aufgrund der Schwerkraft Schmelze
aus ihm in Richtung des Kolbenrohlings nachfließen kann.at
series production of pistons are machines with casting tools
known to be a negative mold for
represent the piston blank to be produced and the on a
Infeed system with casting melt
filled
become. These are usually multi-part tools consisting
from two outer mold halves, one
one-piece or multi-part core, which is the small connecting rod eye
indicating inner contour of the piston and a casting floor with
a central food, the surface facing the combustion chamber of the
Piston blanks defined in the raw state. While the core and the outer mold halves too
to. opening
of the casting tool
remain close to each other, the Gießboden to improve the
Access at the removal of the piston blank far away, partially
up to. two meters from the casting tool
moves. The inner surface
The feeder is usually made with thermally highly insulating material
lined. This is to fill the feeder, which is also filled with molten casting
until the complete
Solidification of the casting liquid
kept to be sufficient melt for the make-up to compensate
to provide volume contraction during solidification. At the transition
of the metal from the liquid
in the solid state, the volume decreases by several percent. There
metal-free spaces
(Lunker) in the product must be avoided in any case
the feeder arranged so that z. B. due to gravity melt
can flow out of it in the direction of the piston blank.
Bei
den bisherigen Herstellungsverfahren für die Serienproduktionen ist
bekannt, dass nach dem Einfüllen
der Gießschmelze
in die Gießform
eine ausreichend lange Zeit abgewartet wird, während der nicht nur die in
die Gießform
eingefüllte
Gießschmelze
vollständig
erstarrt, sondern auch noch derjenige Teil der Gießschmelze,
der sich im Speiser befindet. Erst wenn die Gießschmelze im Speiser erstarrt
ist oder zumindest eine belastbare Randschale ausgebildet hat, welche
den noch flüssigen
Speiserinhalt in Position halten kann, darf die im Regelfall mehrteilige Gießform geöffnet und
der Kolbenrohling entnommen werden. Für diesen Zeitraum, dass heißt, vom Einfüllen der
Gießschmelze
in die Gießform
bis zum Öffnen
der Gießform
(sogenannte Erstarrungszeit) sind je nach Größe des herzustellenden Kolbenrohlings
feste Zeiten vorgegeben. Erst nach Ablauf dieser Zeit und weiterer
Zeiten, die nötig
sind, um die Gießform
für den
nächsten
Gießvorgang
vorzubereiten, kann der folgende Gießvorgang beginnen.at
the previous production process for series production is
known that after filling
the casting melt
in the mold
a sufficiently long time is waited while not only the in
the mold
filled
casting melt
Completely
solidified, but also that part of the casting melt,
which is located in the feeder. Only when the casting melt solidifies in the feeder
is or at least has formed a resilient edge shell, which
the still liquid
May hold the feeder contents in position, the usually multi-part mold may open and
the piston blank are removed. For that period, that is, from filling the
casting melt
in the mold
until opening
the mold
(so-called solidification time) are depending on the size of the piston blank to be produced
set times. Only after this time and more
Times needed
are to the mold
for the
next
casting process
To prepare, the following casting process can begin.
Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Serienherstellung
eines Kolbens für
Brennkraftmaschinen anzugeben, mit dem die Qualität des Kolbens
deutlich erhöht
werden kann.Of the
The invention is therefore based on the object, a method for series production
a piston for
Internal combustion engines specify with which the quality of the piston
clearly increased
can be.
Diese
Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.These
The object is solved by the features of claim 1.
Erfindungsgemäss ist vorgesehen,
dass nach dem Gießen
des Kolbenrohlings die Öffnung des
Speisers, insbesondere des nach oben hin offenen Endes der Speiserhülse, mit
einem auf die Gießschmelze
wirkenden Gasdruck beaufschlagt wird. Dies hat den Vorteil, dass
der schon bekannte und sich bei der Serienherstellung von Kolben
bewährte Kokillenguss
mit den Vorteilen des Squeeze Casting Verfahrens verbunden wird,
bei welchem das Gefüge der
Gießschmelze
unter Druck erstarrt. Einen besonders stabilen Prozess erhält man,
wenn ausgehend von einem an sich bekannten Kokillengusswerkzeug (Kolbengießwerkzeug)
ein Gießboden
mit Kragenspeiser verwendet wird. Ausgenutzt wird hierbei die große Dichtfläche zwischen
dem Mundstück
des Speisers und dem Kolben, dargestellt durch den Kragen und die
Tatsache, dass sich das Mundstück
der Speiserhülse
unter Innendruck an die Innenwand des Speiserkragens anschmiegt
und dadurch den Druckraum sicher von der Atmosphäre trennt. In die Öffnung des
nach oben hin offenen Endes der Speiserhülse wird ein Gasdruck geleitet,
der beispielsweise durch eine Druckleitung für ein Gas, wie beispielsweise
Stickstoff, zugeführt
ist. Die in das Kokillengusswerkzeug eingefüllte Gießschmelze wird nach dem Füllen vor
dem Erstarren und/oder auch nach dem teilweise Erstarren der Gießschmelze
mit dem Gasdruck über
die Speiserhülse
beaufschlagt. Dabei ist vorgesehen, dass die Druckleitung während des
Füllvorganges
des Kolbengießwerkzeuges
mit der Gießschmelze
zur Umgebung hin offen ist. Der Zeitpunkt, zu dem die Gasdruckbeaufschlagung
erfolgt, kann variabel und anhand vorgebbarer Kriterien variieren. So
ist einerseits vorgesehen, dass der Gasdruck schon nach dem Füllen, aber
noch vor dem Erstarren der Gießschmelze
erzeugt wird. Bei dieser sehr früh gewählten Druckbelastung
der Gießschmelze
wirkt sich der Gasdruck nahezu auf alle Bereiche der eingefüllten Gießschmelze
in dem Kolbengießwerk zeug aus,
so dass auch das Nabengefüge
des Kolbenrohlings eine Wirkung erfahren kann. Damit können auch
die weiter von der Speiserhülse
entfernten Bereiche des Kolbenrohlings in ihrem Gefüge gezielt beeinflußt werden,
wobei jedoch darauf zu achten ist, dass das Kolbengießwerkzeug
sehr gut und dicht schließt
und der Anguß sehr
früh erstarren
muss, damit der Gasdruck auch tatsächtlich auf die sich in dem
Kolbengießwerkzeug
befindliche Gießschmelze auswirken
kann und verhindert wird, dass Gießschmelze durch die Druckbeaufschlagung
nach außen
des Kolbengießwerkzeuges
gefangen kann. Das Erstarren unter Gasdruck führt bekanntermaßen zu einem
sehr dichten d.h. fast völlig
lunkerfreiem Gefüge,
da das Volumendefizit bei der Erstarrung durch den wirkenden Gasdruck
sicherer ausgeglichen wird. Während
beim normalen Kokillenguss nur der hydrostatische Druck, der vom
Speiser erzeugt wird, wirkt, addiert sich hier der Gasdruck hinzu.
Bei reinem Schwerkraftguss ergibt sich der Druck, der die Schmelze
an die Erstarrungsfront treibt, aus dem hydrostatischen Druck einer
Schmelzensäule
von 200 bis 50 mm. Im Laufe der Erstarrung verringert sich die wirksame
Höhe, da
die Erstarrungsfront sich auf die Oberfläche des Speisers zu bewegt.
Bei zusätzlicher
Beaufschlagung mit Gasdruck entspricht jedes bar Druck einer zusätzlichen
Höhe an
Metallsäule von
rund 3 m. Da schon geringe Änderungen
der Speiserhöhe
zu einer besseren Qualität
führen, kommt
es schon bei geringer zusätzlicher
Druckbeaufschlagung zu einer massiven Steigerung der Homogenität des Gussteiles.According to the invention, it is provided that after the casting of the piston blank, the opening of the feeder, in particular of the end of the feeder sleeve which is open at the top, is acted on by a gas pressure acting on the casting melt. This has the advantage that the previously known and proven in the mass production of piston chill casting is associated with the advantages of the squeeze casting process, in which the structure of the casting melt solidifies under pressure. A particularly stable process is obtained when starting from a per se known Kokillengusswerkzeug (Kolbengießwerkzeug) a casting floor with collar feeder is used. Exploited here is the large sealing surface between the mouth of the feeder and the piston, represented by the collar and the fact that the mouthpiece of the feeder sleeve conforms under internal pressure to the inner wall of the feeder collar and thereby safely separates the pressure chamber from the atmosphere. In the opening of the upwardly open end of the feeder sleeve, a gas pressure is passed, which is supplied for example by a pressure line for a gas, such as nitrogen. The poured into the Kokillengusswerkzeug casting melt is applied after filling before solidification and / or after the partial solidification of the casting melt with the gas pressure on the feeder sleeve. It is provided that the pressure line during the filling of the Kolbengießwerkzeuges with the molten casting is open to the environment. The time at which the gas pressure is applied may vary and vary according to specifiable criteria. On the one hand, it is provided that the gas pressure is generated after the filling, but before the casting melt solidifies. In this very early selected pressure load of the casting melt, the gas pressure affects almost all areas of the filled casting melt in the Kolbengießwerk convincing, so that the hub body of the piston blank can also be effective. Thus, the further removed from the feeder sleeve areas of the piston blank can be influenced in their microstructure, but care must be taken that the Kolbengießwerkzeug very well and tightly closes and the sprue must solidify very early, so that the gas pressure on the Actual in Casting melt located in the piston casting tool can have an effect and it is prevented that molten casting can be trapped by the pressurization to the outside of the piston casting tool. The solidification under gas pressure is known to lead to a very dense, ie almost completely void-free structure, since the volume deficit is more reliably compensated for solidification by the acting gas pressure. While in normal chill casting only the hydrostatic pressure generated by the feeder acts, the gas pressure is added here. In pure gravity casting, the pressure that drives the melt to the solidification front results from the hydrostatic pressure of a melt column of 200 to 50 mm. In the course of solidification, the effective height decreases as the solidification front moves toward the surface of the feeder. With additional application of gas pressure, each bar pressure corresponds to an additional height of metal column of about 3 m. Since even slight changes in the feeder height lead to a better quality, it comes even at low additional pressurization to a massive increase in the homogeneity of the casting.
Eine
bevorzugte Ausführung
der Erfindung ist darin zu sehen, dass nach dem Füllen des
Kolbengießwerkzeuges
die Ausbildung einer Randschale aus erstarrter Gießschmelze
ab-. gewartet wird. Diese Randschale aus erstarrter Gießschmelze
hat den Vorteil, dass dadurch der auf die noch nicht erstarrte Gießschmelze
wirkende Gasdruck von der Umgebung getrennt wird und damit verhindert
wird, dass Gießschmelze
aus dem Kolbengießwerkzeug
austreten kann.A
preferred embodiment
the invention is to be seen in that after filling the
Kolbengießwerkzeuges
the formation of a peripheral shell of solidified casting melt
from-. is being serviced. This marginal shell of solidified foundry melt
has the advantage that thereby the on the not yet solidified foundry melt
acting gas pressure is separated from the environment and thus prevented
will that molten cast
from the piston casting tool
can escape.
Bei
den beschriebenen Verfahrensschritten mit der Beaufschlagung der
Gießschmelze
mit Gasdruck ist es möglich,
die Druckbeaufschlagung über die
gesamte Zeitdauer konstant zu halten oder alternativ zu regeln,
wobei es besonders vorteilhaft ist, im Zeitraum zwischen Beginn
und Ende der Druckbeaufschlagung den Gasdruck zu steigern, so dass
mit zunehmender Erstarrung der Druck erhöht wird, um ein gleichmässiges Gefüge der erstarrenden
Gießschmelze
zu erhalten.at
the described method steps with the admission of
casting melt
with gas pressure it is possible
the pressurization over the
to keep the whole duration constant or, alternatively, to regulate
where it is particularly advantageous in the period between the beginning
and end of the pressurization to increase the gas pressure, so that
with increasing solidification the pressure is increased to a uniform structure of the solidifying
casting melt
to obtain.
Weiterhin
ist vorgesehen, dass der Gießschmelze
während
des Einfüllens
in das Kolbengießwerkzeug
und/oder nach dem teilweise Erstarren hitzebeständiges Fasermaterial beigegeben
wird. Die Beifügung
von Fasermaterial hat den Vorteil, dass alle oder nur bestimmte
Bereiche des Kolbenrohlings durch die Beigabe des Fasermaterials
verstärkt
werden, wozu besonders vorteilhaft ist, dass das Fasermaterial erst
ab einem Zeitpunkt zugeführt
wird, nachdem sich eine Randschale aus erstarrter Gießschmelze
gebildet hat. Soll zum Beispiel gezielt der Muldenrand und/oder
das Ringfeld des späteren
Kolbens mit den Fasern verstärkt
werden, sollte auch die Erstarrung der eingefüllten Gießschmelze im Nabenbereich abgewartet
werden.Farther
is provided that the casting melt
while
of filling
into the piston casting tool
and / or after the partial solidification heat-resistant fiber material added
becomes. The enclosure
Of fibrous material has the advantage that all or only certain
Areas of the piston blank by the addition of the fiber material
reinforced
be, to which is particularly advantageous that the fiber material only
fed from one point in time
becomes, after a marginal shell of solidified casting melt
has formed. For example, intentionally the trough edge and / or
the ringfield of the later
Pistons reinforced with the fibers
should also be the solidification of the filled casting melt in the hub area wait
become.
Abschließend sei
noch darauf hingewiesen, dass zur Verbesserung der Dichtigkeit der
Speiserhülse
diese mittels des Gasdruckes und/oder gegebenenfalls weiterer Mittel
gegen den Kolbenboden und in den Speiserkragen zu pressen. Als weitere Mittel
kommen hier zum Beispiel hydraulisch wirkende Aktuatoren in Betracht.In conclusion, be
it should be noted that to improve the tightness of the
feeder sleeve
this by means of the gas pressure and / or optionally other means
to press against the piston crown and in the riser collar. As another means
Hydraulically acting actuators can be considered here, for example.
In
der Figur wird wie folgt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
dargestellt und beschreiben, wobei das erfindungsgemässe Verfahren
nicht auf dieses Ausführungsbeispiel
beschränkt
ist.In
The figure is an embodiment of the invention as follows
represented and describe, wherein the inventive method
not on this embodiment
limited
is.
Mit
der Bezugsziffer 1 ist ein Gießwerkzeug bezeichnet, dass
je nach geometrischer Gestaltung des herzustellenden Kolbens aus
mehreren Formen (Teilformen) besteht. Diese Teile des Gießwerkzeuges 1 sind
hier nur schematisch dargestellt, so dass es sich beispielsweise
um einen Kern 2 für
den Innenbereich und einen Kern 3 für das Bolzenloch handelt. Die übrige, äußere Gießform (oder
auch Gießhälften) sind
vorhanden, hier aber nicht weiter beschrieben. In an sich bekannter
Weise wird über
eine Zuführeinrichtung
Gieß-.
schmelze in das Gießwerkzeug 1 eingefüllt, so
dass sich die freien Bereiche um die Kerne und Gießformen
herum mit Gießschmelze auffüllen. Durch
eine spezielle Ausgestaltung von Gießboden und Speiserhülse bildet
sich um den Speiser ein Wall oder Kragen 4 der den Speiserinhalt in
Position hält,
wenn das Gießwerkzeug
zur Realisierung kurzer Zykluszeiten verfahrensgemäß zu einem
Zeitpunkt geöffnet
wird, bei dem der Inhalt des „Kragenspeisers" 5 noch
flüssig
ist. Dabei bildet sich ein umlaufender Rand 4, auf den
ein Kragenspeiser 5 aufsetzbar ist.With the reference number 1 is a casting tool referred to that consists of several forms (partial shapes) depending on the geometric design of the piston to be produced. These parts of the casting tool 1 are shown here only schematically, so that it is for example a core 2 for the interior and a core 3 for the bolt hole. The rest, outer mold (or half casting) are present, but not further described here. In a conventional manner is casting via a feeder. melt into the casting tool 1 filled, so that fill the free areas around the cores and molds around with casting melt. Due to a special design of the pouring tray and the feeder sleeve, a wall or collar forms around the feeder 4 which holds the feeder contents in position when the casting tool is opened according to the method for the realization of short cycle times at a time at which the contents of the "collar feeder" 5 still fluid. This forms a circumferential edge 4 on which a collar feeders 5 can be placed.
Innerhalb
des Kragenspeisers 5 kann die Gießschmelze 6 bis auf
ein gewünschtes
Maß ansteigen,
so dass oberhalb der eingefüllten
Gießschmelze 6 nach
dem Beenden der Zuführung
von Gießschmelze
innerhalb des Kragenspeisers 5 ein Freiraum entsteht, über den
die Gießschmelze
mit einem Gasdruck beaufschlagt wird. Das Gas hierfür wird über eine
Druckleitung 7 zugeführt,
die während
des Einfüllvorganges
der Gießschmelze
gegenüber
der Umgebung hin offen ist, so dass ein Druckausgleich stattfinden
kann. Nach Beendigung des Einfüllvorganges
der Gießschmelze
wird mit geeigneten Mitteln ein Gasdruck erzeugt, der dann über die
Druckleitung 7 auf die Schmelzenoberfläche im Kragenspeisers 5 wirken
kann.Inside the collar feeder 5 can the casting melt 6 rise to a desired level, so that above the filled casting melt 6 after terminating the supply of molten casting within the collar feeder 5 a free space is created, via which the casting melt is subjected to a gas pressure. The gas for this is via a pressure line 7 supplied, which is open during the filling process of the molten metal from the environment, so that a pressure equalization can take place. After completion of the filling process of the casting melt, a gas pressure is generated by suitable means, which then via the pressure line 7 on the melt surface in the collar feeder 5 can work.
-
1.1.
-
Gießwerkzeugcasting tool
-
2.Second
-
Kerncore
-
3.Third
-
Kerncore
-
4.4th
-
Kragen
des Speiserscollar
of the feeder
-
5.5th
-
Kragenspeisercollar feeder
-
6.6th
-
Gießschmelzecasting melt
-
7.7th
-
Druckleitungpressure line