[go: up one dir, main page]

WO2016079328A1 - Verfahren zum herstellen eines kühlkanalkolbens sowie nach einem derartigen verfahren hergestellter kühlkanalkolben - Google Patents

Verfahren zum herstellen eines kühlkanalkolbens sowie nach einem derartigen verfahren hergestellter kühlkanalkolben Download PDF

Info

Publication number
WO2016079328A1
WO2016079328A1 PCT/EP2015/077280 EP2015077280W WO2016079328A1 WO 2016079328 A1 WO2016079328 A1 WO 2016079328A1 EP 2015077280 W EP2015077280 W EP 2015077280W WO 2016079328 A1 WO2016079328 A1 WO 2016079328A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
salt
salt core
cooling channel
core blank
surface roughness
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2015/077280
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ulrich Bischofberger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mahle International GmbH
Original Assignee
Mahle International GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mahle International GmbH filed Critical Mahle International GmbH
Priority to JP2017526654A priority Critical patent/JP2017536238A/ja
Priority to US15/528,278 priority patent/US20170320129A1/en
Priority to KR1020177013165A priority patent/KR20170085509A/ko
Priority to CN201580062151.2A priority patent/CN107107169A/zh
Publication of WO2016079328A1 publication Critical patent/WO2016079328A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/10—Cores; Manufacture or installation of cores
    • B22C9/105—Salt cores
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D15/00—Casting using a mould or core of which a part significant to the process is of high thermal conductivity, e.g. chill casting; Moulds or accessories specially adapted therefor
    • B22D15/02—Casting using a mould or core of which a part significant to the process is of high thermal conductivity, e.g. chill casting; Moulds or accessories specially adapted therefor of cylinders, pistons, bearing shells or like thin-walled objects
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D21/00—Casting non-ferrous metals or metallic compounds so far as their metallurgical properties are of importance for the casting procedure; Selection of compositions therefor
    • B22D21/002—Castings of light metals
    • B22D21/007—Castings of light metals with low melting point, e.g. Al 659 degrees C, Mg 650 degrees C
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00—Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/18—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging wheels turning round an axis, e.g. bucket-type wheels
    • E02F3/22—Component parts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00—Pistons 
    • F02F3/16—Pistons  having cooling means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00—Pistons 
    • F02F3/16—Pistons  having cooling means
    • F02F3/20—Pistons  having cooling means the means being a fluid flowing through or along piston
    • F02F3/22—Pistons  having cooling means the means being a fluid flowing through or along piston the fluid being liquid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00—Pistons 
    • F02F3/28—Other pistons with specially-shaped head
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F2200/00—Manufacturing
    • F02F2200/06—Casting
    • F02F2200/08—Casting using a lost model, e.g. foam casting

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a cooling channel piston and a cooling channel piston produced by such a method.
  • Salt cores are used in particular for the production of cast pistons with a closed cooling channel. After pouring the flask, the salt core is removed from the flask in a manner known per se by dissolving it with water. Such salt cores are usually prepared on the basis of sodium chloride. For this purpose, a green compact is produced by cold pressing of the material, which has a shape similar to the cooling channel and this sintered at about 800 ° C just below the melting point of the material. If necessary, the resulting sintered component can be brought into the final shape corresponding to the cooling channel to be produced by mechanical post-processing.
  • the resulting salt core generally has a surface roughness R z of 30 ⁇ to 60 ⁇ .
  • R z surface roughness
  • WO 2010/133596 A2 a method for producing a salt core with a particularly smooth surface is known. This is to prevent that during the casting of a component of the casting material penetrates into the surface of the salt core or reacts with the salt core.
  • the object of the present invention is to provide a method for producing a piston and a piston, which ensures a particularly effective heat transfer between the piston material and the cooling oil circulating in the cooling channel.
  • a first solution consists in a method having the following features: a) producing a salt core blank by means of pressing and sintering a pure salt material having a surface roughness R z of at most 60 ⁇ m; b) immersing the salt core blank in a saturated solution of the salt material or spraying the salt core blank with a saturated solution of the salt material; c) drying the salt core blank to a salt core having a surface roughness R z of at least 20 ⁇ ; d) inserting the salt core in a casting mold and casting a cooling channel piston of a metallic casting material.
  • a second solution consists in a method having the following features: e) producing a salt core blank by means of pressing and sintering a pure salt material having a surface roughness R z of at most 60 ⁇ m; f) immersing the salt core blank in a solvent or a solution of the salt material or spraying the salt core blank with a solvent or a solution of the salt material; g) sprinkling the salt core blank with a salt material having a defined particle size distribution and / or a defined grain diameter distribution; h) drying the salt core blank to a salt core having a surface roughness R z of at least 20 ⁇ ; i) inserting the salt core into a casting mold and casting a cooling channel piston of a metallic casting material.
  • the subject matter of the present invention is furthermore a piston that can be produced by such a method.
  • the inventive method is characterized in that a defined surface roughness of the salt core can be achieved, which is greater than in salt cores, which are produced in the usual sintering process.
  • the object according to the invention is achieved by crystallizing out the salt material from the saturated salt solution in step c), depositing the crystals on the sintered surface of the salt core blank and firmly adhering to the loosened surface of the salt core blank.
  • the salt crystals applied to the surface of the salt core blank by the process according to claim 1 furthermore act as crystallization nuclei during the subsequent drying of the salt core blank, so that the salt crystals precipitating from the saturated aqueous solution crystallize particularly effectively on the salt grains and a particularly large surface roughness results.
  • the object of the invention is achieved in that the surface of the blank by means of a suitable solvent or a solution of the salt material dissolved and then sprinkled the still wet surface with additional crystals of the salt material with a defined particle size and / or grain diameter distribution become. These crystals are stored in the loosened surface of the salt core blank and adhere firmly.
  • the inventive method is technically easy to implement and can be easily integrated into existing production lines.
  • the inventive method has the further advantage that no foreign substances or additives are needed. These can considerably complicate the release of the salt core after the casting of the piston. Furthermore, they can lead to gas release during the casting of the piston. By eliminating foreign substances or additives, damage to the cooling channel surface (for example due to hydrogen porosity) is avoided. In particular, can be dispensed with the use of any adhesives that can cause gas leakage and thus blistering in the cast component.
  • a proven salt material in the form of sodium chloride is used in step a) or in step e).
  • the salt core blank can be subjected to a mechanical finishing in order to produce as exact a contour as possible of the cooling channel to be produced.
  • the salt core blank should preferably be dried in agitated air and at a maximum temperature of 200 ° C. until no more moisture escapes.
  • the salt core blank is dried very gently at a temperature of at most 100 ° C, more preferably drying takes place at room temperature.
  • a salt core can be obtained with a surface roughness of up to 1 mm, depending on the final size of crystallized according to the method of claim 1 salt crystals or depending on the size of according to step g) in addition to Sprinkling the salt core blank used salt crystals.
  • step a) and before step b) the salt core blank is heated to a temperature of 80 ° C. to 100 ° C. in order to obtain a particularly effective wetting by the aqueous saturated salt solution according to the method of claim 1.
  • the salt core according to the invention obtained before being placed in the mold according to step d) or step i) can be heated to a temperature of 300 ° C to 500 ° C in order to avoid an excessive temperature difference to the casting material used.
  • the inventive method is particularly suitable for producing cooling channel piston made of a material based on aluminum, in particular an aluminum-silicon casting alloy.
  • Figure 1 shows an embodiment of a cooling channel piston according to the invention in section
  • FIG. 2 shows an embodiment of a salt core used for the production of a cooling channel piston according to Figure 1 in section.
  • FIG. 1 shows by way of example a one-piece cast cooling channel piston 10.
  • the cooling channel piston 10 has a piston head 1 1 with a piston head 12, in which a combustion bowl 13 is introduced.
  • the piston head 1 1 also has a land 14 and a ring portion 15 with annular grooves for receiving piston rings (not shown).
  • the piston is provided at the level of the ring section 15 with a circumferential cooling channel 16.
  • the piston also has, in a manner known per se, a piston shaft 17 with piston hubs 18, which are provided with hub bores 19 for receiving a piston pin (not shown).
  • the piston hubs 18 are connected in a conventional manner via treads 21 with each other.
  • the circumferential cooling channel 16 has a surface with a surface roughness R z of at least 200 ⁇ m, preferably of up to 400 ⁇ m, particularly preferably of up to 1 mm.
  • FIG. 2 shows a salt core 30 made of sodium chloride for use in the production of the cooling channel piston 10 according to FIG. 1 according to the invention.
  • the salt core 30 has a salt core blank 31, the surface 32 of which is coated with salt crystals 33 of sodium chloride.
  • the salt core 30 can be produced in a first embodiment as follows:
  • the salt core blank 31 is prepared in a conventional manner by cold pressing and sintering a salt material such as sodium chloride. Care must be taken that the pure salt material, i. a salt material containing no foreign substances or additives is used.
  • the salt core blank 31 can be mechanically finished after sintering on its surface 32 in a known manner to obtain a cross-sectional contour that corresponds as closely as possible to the cross-sectional contour of the cooling channel to be produced.
  • the finished salt core blank 31 is dipped or sprayed with a saturated aqueous solution of the salt material, in the exemplary embodiment sodium chloride, so that its surface 32 is wetted by the solution. Subsequently, the salt core blank 31 is dried, for example. In an oven at a temperature of just below 100 ° C, for example. 95 ° C to 98 ° C, until no more steam exits the salt core blank. During drying, salt crystals 33 crystallize out of the saturated solution and adhere to the surface 32 of the salt core blank 31.
  • a saturated aqueous solution of the salt material in the exemplary embodiment sodium chloride
  • a finished salt core 30 is present, which is characterized by a surface roughness R z of at least 200 ⁇ .
  • the salt core 30 is inserted in a conventional manner in a corresponding mold and cast with a metallic material, for example. On the basis of aluminum. After completion of the casting process is a piston blank with cast salt core 30 before. Of the Piston raw ling is finished in a known manner, and the salt core 30 rinsed with water. The result is the cooling channel piston 10 according to FIG. 1.
  • a modification of this method is that the salt core blank 31 is heated to a temperature of 80 ° C to 100 ° C prior to immersion in the saturated solution to obtain a particularly effective wetting of the surface 32 of the salt core blank 31 by the saturated solution.
  • the salt core 30 can be made as follows:
  • a salt core blank 31 is produced as described above. This is sprayed with a suitable solvent, preferably water or with a solution of the salt material, preferably sodium chloride or immersed in the liquid in question. Subsequently, the still wet surface of the salt core blank 31 is sprinkled with crystals of the salt material, sodium chloride in the exemplary embodiment, and then dried and reused as described.
  • the grains used have a defined particle size distribution and / or a defined particle diameter distribution.
  • the surface roughness R z of the salt core 30 can be set particularly accurately.
  • a surface roughness R z of the surface of the cooling channel 16 of the finished cooling channel bulb 10 could be measured from 200 ⁇ m to 400 ⁇ m.
  • Salt crystals with a mean grain diameter of 1 mm gave a surface roughness R z of the surface of the cooling channel 16 of the finished cooling channel piston 10 from 700 ⁇ to 900 ⁇ .

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein erstes Verfahren zum Herstellen eines Kühlkanalkolbens (10), gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: a) Herstellen eines Salzkernrohlings (31) mittels Pressen und Sintern eines reinen Salzwerkstoffs mit einer Oberflächenrauigkeit Rz von maximal 60μm; b) Eintauchen des Salzkernrohlings (31) in eine gesättigte Lösung des Salzwerkstoffs oder Besprühen des Salzkernrohlings (31) mit einer gesättigten Lösung des Salzwerkstoffs; c) Trocknen des Salzkernrohlings (31) zu einem Salzkern (30) mit einer Oberflächenrauigkeit Rz von mindestens 200μm; d) Einlegen des Salzkerns (30) in einem Gießform und Gießen eines Kühlkanalkolbens (10) aus einem metallischen Gusswerkstoff. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein zweites Verfahren zum Herstellen eines Kühlkanalkolbens (10), gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: e) Herstellen eines Salzkernrohlings (31) mittels Pressen und Sintern eines reinen Salzwerkstoffs mit einer Oberflächenrauigkeit Rz von maximal 60μm; f) Eintauchen des Salzkernrohlings (31) in ein Lösemittel oder eine Lösung des Salzwerkstoffs oder Besprühen des Salzkernrohlings (31) mit einem Lösemittel oder einer Lösung des Salzwerkstoffs; g) Bestreuen des Salzkernrohlings mit einem Salzwerkstoff mit einer definierten Korngrößenverteilung und/oder einer definierten Korndurchmesserverteilung; h) Trocknen des Salzkernrohlings (31) zu einem Salzkern (30) mit einer Oberflächenrauigkeit Rz von mindestens 200μm; i) Einlegen des Salzkerns (30) in einem Gießform und Gießen eines Kühlkanalkolbens (10) aus einem metallischen Gusswerkstoff.

Description

Verfahren zum Herstellen eines Kühlkanalkolbens sowie nach einem derartigen
Verfahren hergestellter Kühlkanalkolben
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kühlkanalkolbens sowie einen mit einem derartigen Verfahren hergestellten Kühlkanalkolben.
Salzkerne werden insbesondere zur Herstellung von gegossenen Kolben mit geschlossenem Kühlkanal verwendet. Nach dem Gießen des Kolbens wird der Salzkern in an sich bekannter Weise durch Auflösen mit Wasser aus dem Kolben entfernt. Derartige Salzkerne werden in der Regel auf der Basis von Natriumchlorid hergestellt. Hierzu wird durch Kaltpressen des Werkstoffs ein Grünling erzeugt, der eine dem herzustellenden Kühlkanal ähnliche Form aufweist und dieser bei ca. 800°C knapp unterhalb des Schmelzpunkts des Werkstoffs gesintert. Das resultierende Sinterbauteil kann ggf. durch maschinelle Nachbearbeitung in die endgültige, dem herzustellenden Kühlkanal entsprechende Form gebracht werden.
Der resultierende Salzkern weist in der Regel eine Oberflächenrauigkeit Rz von 30μηη bis 60μηη auf. Bei einem modernen Kühlkanalkolben ist aufgrund der hohen thermischen Belastung im Motorbetrieb ein effektiver Wärmeübergang zwischen dem Kolbenboden und dem im Kühlkanal zirkulierenden Kühlöl wesentlich.
Aus der WO 2010/133596 A2 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Salzkerns mit einer besonders glatten Oberfläche bekannt. Hiermit soll verhindert werden, dass während des Gießens eines Bauteils der Gusswerkstoff in die Oberfläche des Salzkerns eindringt oder mit dem Salzkern reagiert. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Kolbens sowie einen Kolben bereitzustellen, der einen besonders effektiven Wärmeübergang zwischen dem Kolben Werkstoff und dem im Kühlkanal zirkulierenden Kühlöl sicherstellt.
Eine erste Lösung besteht in einem Verfahren mit den folgenden Merkmalen: a) Herstellen eines Salzkernrohlings mittels Pressen und Sintern eines reinen Salz- werkstoffs mit einer Oberflachenrauigkeit Rz von maximal 60μηη; b) Eintauchen des Salzkernrohlings in eine gesättigte Lösung des Salzwerkstoffs oder Besprühen des Salzkernrohlings mit einer gesättigten Lösung des Salzwerkstoffs; c) Trocknen des Salzkernrohlings zu einem Salzkern mit einer Oberflächenrauigkeit Rz von mindestens 20Όμηη; d) Einlegen des Salzkerns in einem Gießform und Gießen eines Kühlkanalkolbens aus einem metallischen Gusswerkstoff.
Eine zweite Lösung besteht in einem Verfahren mit den folgenden Merkmalen: e) Herstellen eines Salzkernrohlings mittels Pressen und Sintern eines reinen Salz- werkstoffs mit einer Oberflächenrauigkeit Rz von maximal 60μηη; f) Eintauchen des Salzkernrohlings in ein Lösemittel oder eine Lösung des Salzwerkstoffs oder Besprühen des Salzkernrohlings mit einem Lösemittel oder einer Lösung des Salz- werkstoffs; g) Bestreuen des Salzkernrohlings mit einem Salzwerkstoff mit einer definierten Korngrößenverteilung und/oder einer definierten Korndurchmesserverteilung; h) Trocknen des Salzkernrohlings zu einem Salzkern mit einer Oberflächenrauigkeit Rz von mindestens 20Όμηη; i) Einlegen des Salzkerns in eine Gießform und Gießen eines Kühlkanalkolbens aus einem metallischen Gusswerkstoff.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein nach einem derartigen Verfahren herstellbarer Kolben. Die erfindungsgemäßen Verfahren zeichnen sich dadurch aus, dass eine definierte Oberflächenrauigkeit des Salzkerns erzielt werden kann, die größer ist als bei Salzkernen, die im üblichen Sinterverfahren hergestellt werden.
Gemäß dem Verfahren nach Anspruch 1 wird das erfindungsgemäße Ziel dadurch erreicht, dass der Salzwerkstoff aus der gesättigten Salzwerkstofflösung in Schritt c) auskristallsiert, die Kristalle sich auf der gesinterten Oberfläche des Salzkernrohlings absetzen und in die angelöste Oberfläche des Salzkernrohlins fest haften. Die nach dem Verfahren gemäß Patentanspruch 1 auf der Oberfläche des Salzkernrohlings aufgebrachten Salzkristalle wirken beim nachfolgenden Trocknen des Salzkernrohlings ferner als Kristallisationskeime, so dass die aus der gesättigten wässrigen Lösung ausfallenden Salzkristalle auf den Salzkörnern besonders effektiv auskristallisieren und eine besonders große Oberflächenrauigkeit resultiert.
Gemäß dem Verfahren nach Anspruch 2 wird das erfindungsgemäße Ziel dadurch erreicht, dass die Oberfläche des Rohlings mittels eines geeigneten Lösemittels bzw. einer Lösung des Salzwerkstoffs angelöst und die noch nasse Oberfläche anschließend mit zusätzlichen Kristallen des Salzwerkstoffs mit einer definierten Korngrößen- und/oder Korndurchmesserverteilung bestreut werden. Diese Kristalle werden in der angelösten Oberfläche des Salzkernrohlings eingelagert und haften fest.
Daraus ergibt sich eine definierte Oberflächenrauigkeit der Kühlkanaloberfläche, die größer ist als im Stand der Technik. Im Ergebnis ist die Kühlkanaloberfläche selbst vergrößert, so dass der Wärmeübergang zwischen dem Kolben Werkstoff und dem im Kühlkanal zirkulierenden Öl im Motorbetrieb wesentlich verbessert wird. Das erfindungsgemäße Verfahren ist technisch einfach umsetzbar und kann problemlos in bestehende Produktionslinien integriert werden. Das erfindungsgemäße Verfahren hat den weiteren Vorteil, dass keine Fremdstoffe oder Zusatzstoffe benötigt werden. Diese können das Auslösen des Salzkerns nach dem Gießen des Kolbens erheblich erschweren. Ferner können sie zu einer Gasfreisetzung während des Gießens des Kolbens führen. Durch den Verzicht auf Fremdstoffe oder Zusatzstoffe wird eine Beschädigung der Kühlkanaloberfläche (bspw. durch Was- serstoffporosität) vermieden. Insbesondere kann auf die Verwendung jeglicher Klebstoffe verzichtet werden, die einen Gasaustritt und damit eine Blasenbildung im Gussbauteil verursachen können.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Zweckmäßigerweise wird in Schritt a) bzw. in Schritt e) ein bewährter Salzwerkstoff in Form von Natriumchlorid verwendet.
In Schritt a) bzw. in Schritt e) kann der Salzkernrohling einer mechanischen Endbearbeitung unterzogen werden, um eine möglichst genaue Kontur des herzustellenden Kühlkanals zu erzeugen.
Es können alle für Salzwerkstoffe geeigneten Lösemittel verwendet werden, insbesondere Wasser und polare organische Lösemittel, wobei Wasser bevorzugt ist. Gut geeignet sind ferner Methanol, Ethanol, Isopropanol, Diethylether und Aceton. Bei Verwendung eines polaren organischen Lösemittels kann diesem mindestens ein Kronenether hinzugefügt werden, um die Löslichkeit des Salzwerkstoffs zu verbessern. Für die Komplexierung von Natriumionen besonders geeignet sind die zyklischen Öffnungen von [15]-Krone-5. Kaliumionen werden bspw. von [18]- Krone-6 bevorzugt komplexiert. In Schritt c) bzw. Schritt h) sollte der Salzkernrohling bevorzugt in bewegter Luft und bei einer Temperatur von maximal 200°C getrocknet werden, bis keine Feuchtigkeit mehr austritt. Bevorzugt wird der Salzkernrohling bei einer Temperatur von maximal 100°C besonders schonend getrocknet, besonders bevorzugt erfolgt die Trocknung bei Raumtemperatur.
In Schritt c) bzw. Schritt h) kann ein Salzkern mit einer Oberflächenrauigkeit von bis zu 1 mm erhalten werden, abhängig von der endgültigen Größe der gemäß dem Verfahren nach Patentanspruch 1 auskristallierten Salzkristalle bzw. abhängig von der Größe der gemäß Schritt g) zusätzlich zum Bestreuen des Salzkernrohlings verwendeten Salzkristalle.
Zweckmäßigerweise wird nach Schritt a) und vor Schritt b) der Salzkernrohling auf eine Temperatur von 80°C bis 100°C erwärmt, um eine besonders effektive Benetzung durch die wässrige gesättigte Salzwerkstofflösung gemäß dem Verfahren nach Patentanspruch 1 zu erhalten.
Ferner kann der erfindungsgemäß erhaltene Salzkern vor dem Einlegen in die Gießform gemäß Schritt d) bzw. Schritt i) auf eine Temperatur von 300°C bis 500°C erwärmt werden, um eine zu große Temperaturdifferenz zum verwendeten Gießwerkstoff zu vermeiden.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders zum Herstellen von Kühlkanalkolben aus einem Werkstoff auf der Basis von Aluminium, insbesondere einer Aluminium-Silizium-Gusslegierung.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen in einer schematischen, nicht maßstabsgetreuen Darstellung: Figur 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kühlkanalkolbens im Schnitt;
Figur 2 ein Ausführungsbeispiel eines zur Herstellung eines Kühlkanalkolbens gemäß Figur 1 verwendeten Salzkerns im Schnitt.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist für beliebige Typen und Bauarten von Kühlkanalkolben geeignet. In Figur 1 ist beispielhaft ein einteiliger gegossener Kühlkanalkolben 10 dargestellt. Der Kühlkanalkolben 10 weist einen Kolbenkopf 1 1 mit einem Kolbenboden 12 auf, in den eine Verbrennungsmulde 13 eingebracht ist. Der Kolbenkopf 1 1 weist ferner einen Feuersteg 14 sowie eine Ringpartie 15 mit Ringnuten zur Aufnahme von Kolbenringen (nicht dargestellt) auf. Der Kolben ist in Höhe der Ringpartie 15 mit einem umlaufenden Kühlkanal 16 versehen. Der Kolben weist ferner in an sich bekannter Weise einen Kolbenschaft 17 mit Kolbennaben 18 auf, welche mit Nabenbohrungen 19 zur Aufnahme eines Kolbenbolzens (nicht dargestellt) versehen sind. Die Kolbennaben 18 sind in an sich bekannter Weise über Laufflächen 21 miteinander verbunden.
Wie in Figur 1 schematisch angedeutet ist, weist der umlaufende Kühlkanal 16 eine Oberfläche mit einer Oberflächenrauigkeit Rz von mindestens 200μηη, bevorzugt von bis zu 400μηη, besonders bevorzugt von bis zu 1 mm auf.
Figur 2 zeigt einen Salzkern 30 aus Natriumchlorid zur Verwendung bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Kühlkanalkolbens 10 gemäß Figur 1 . Der Salzkern 30 weist einen Salzkernrohling 31 auf, dessen Oberfläche 32 mit Salzkristallen 33 aus Natriumchlorid überzogen ist. Der Salzkern 30 kann in einem ersten Ausführungsbeispiel wie folgt hergestellt werden:
Zunächst wird der Salzkernrohling 31 in an sich bekannter Weise durch Kaltpressen und Sintern eines Salzwerkstoffs wie Natriumchlorid hergestellt. Dabei ist darauf zu achten, dass der reine Salzwerkstoff, d.h. ein Salzwerkstoff, der keine Fremdstoffe oder Zusatzstoffe enthält, verwendet wird. Der Salzkernrohling 31 kann nach dem Sintern an seiner Oberfläche 32 in bekannter Weise mechanisch endbearbeitet werden, um eine Querschnittskontur zu erhalten, die möglichst genau der Querschnittskontur des herzustellenden Kühlkanals entspricht.
Der fertige Salzkernrohling 31 wird in eine gesättigte wässrige Lösung des Salz- werkstoffs, im Ausführungsbeispiel Natriumchlorid, getaucht oder damit besprüht, so dass seine Oberfläche 32 von der Lösung benetzt wird. Anschließend wird der Salzkernrohling 31 getrocknet, bspw. in einem Ofen bei einer Temperatur von knapp unter 100°C, bspw. 95°C bis 98°C, solange, bis kein Wasserdampf mehr aus dem Salzkernrohling austritt. Während des Trocknens kristallisieren Salzkristalle 33 aus der gesättigten Lösung aus und haften auf der Oberfläche 32 des Salzkernrohlings 31 .
Nach Beendigung des Trocknungsvorgangs liegt ein fertiger Salzkern 30 vor, der sich durch eine Oberflächenrauigkeit Rz von mindestens 200μηη auszeichnet.
Zur Herstellung des Kühlkanalkolbens 10 wird der Salzkern 30 in an sich bekannter Weise in eine entsprechende Gussform eingelegt und mit einem metallischen Werkstoff, bspw. auf der Basis von Aluminium gegossen. Nach Abschluss des Giessvorgangs liegt ein Kolbenrohling mit eingegossenem Salzkern 30 vor. Der Kolben roh ling wird in bekannter Weise endbearbeitet, und der Salzkern 30 mit Wasser ausgespült. Es resultiert der Kühlkanalkolben 10 gemäß Figur 1 .
Eine Abwandlung dieses Verfahrens besteht darin, dass der Salzkernrohling 31 vor dem Eintauchen in die gesättigte Lösung auf eine Temperatur von 80°C bis 100°C erhitzt wird, um eine besonders effektive Benetzung der Oberfläche 32 des Salzkernrohlings 31 durch die gesättigte Lösung zu erhalten.
In einem zweiten Ausführungsbeispiel kann der Salzkern 30 wie folgt hergestellt werden:
Zunächst wird wie oben beschrieben ein Salzkernrohling 31 hergestellt. Dieser wird mit einem geeigneten Lösemittel, bevorzugt Wasser oder mit einer Lösung des Salzwerkstoffs, bevorzugt Natriumchlorid besprüht oder in die betreffende Flüssigkeit eingetaucht. Anschließend wird die noch nasse Oberfläche des Salzkernrohlings 31 mit Kristallen des Salzwerkstoffs, im Ausführungsbeispiel Natriumchlorid, bestreut und anschließend wie beschrieben getrocknet und weiterverwendet. Die verwendeten Körner weisen eine definierte Korngrößenverteilung und/oder eine definierte Korndurchmesserverteilung auf.
Mit dieser Maßnahme kann die Oberflächenrauigkeit Rz des Salzkerns 30 besonders genau eingestellt werden. Beispielsweise konnte nach Verwendung von Salzkristallen einer mittleren Korngröße von 500μηη eine Oberflächenrauigkeit Rz der Oberfläche des Kühlkanals 16 des fertigen Kühlkanalkolbens 10 von 200μηη bis 400μ gemessen werden. Salzkristalle mit einem mittleren Korndurchmesser von 1 mm ergaben eine Oberflächenrauigkeit Rz der Oberfläche des Kühlkanals 16 des fertigen Kühlkanalkolbens 10 von 700μηη bis 900μηη.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Herstellen eines Kühlkanalkolbens (10), gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
a) Herstellen eines Salzkernrohlings (31 ) mittels Pressen und Sintern eines reinen Salzwerkstoffs mit einer Oberflächenrauigkeit Rz von maximal ΘΟμιτι;
b) Eintauchen des Salzkernrohlings (31 ) in eine gesättigte Lösung des Salzwerkstoffs oder Besprühen des Salzkernrohlings (31 ) mit einer gesättigten Lösung des Salzwerkstoffs;
c) Trocknen des Salzkernrohlings (31 ) zu einem Salzkern (30) mit einer Oberflächenrauigkeit Rz von mindestens 200μηη;
d) Einlegen des Salzkerns (30) in einem Gießform und Gießen eines Kühlkanalkolbens (10) aus einem metallischen Gusswerkstoff.
2. Verfahren zum Herstellen eines Kühlkanalkolbens (10), gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
e) Herstellen eines Salzkernrohlings (31 ) mittels Pressen und Sintern eines reinen Salzwerkstoffs mit einer Oberflächenrauigkeit Rz von maximal ΘΟμιτι;
f) Eintauchen des Salzkernrohlings (31 ) in ein Lösemittel oder eine Lösung des Salzwerkstoffs oder Besprühen des Salzkernrohlings (31 ) mit einem Lösemittel oder einer Lösung des Salzwerkstoffs;
g) Bestreuen des Salzkernrohlings mit einem Salzwerkstoff mit einer definierten Korngrößenverteilung und/oder einer definierten Korndurchmesserverteilung;
h) Trocknen des Salzkernrohlings (31 ) zu einem Salzkern (30) mit einer Oberflächenrauigkeit Rz von mindestens 200μηη; i) Einlegen des Salzkerns (30) in einem Gießform und Gießen eines Kühlkanalkolbens (10) aus einem metallischen Gusswerkstoff.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt a) bzw. in Schritt e) ein Salzwerkstoff in Form von Natriumchlorid verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt a) bzw. in Schritt e) der Salzkernrohling (31 ) einer mechanischen Endbearbeitung unterzogen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b) bzw. in Schritt f) als Lösemittel Wasser und/oder mindestens ein polares organisches Lösemittel aus der Gruppe umfassend Methanol, Ethanol, Isop- ropanol, Diethylether und Aceton verwendet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine polare organische Lösemittel einen Zusatz in Form mindestens eines Kronenethers enthält.
7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt c) bzw. in Schritt h) der Salzkernrohling (31 ) in bewegter Luft getrocknet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt c) bzw. in Schritt h) der Salzkernrohling (31 ) bei einer Temperatur von maximal 200°C getrocknet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Salzkernrohling (31 ) bei Raumtemperatur getrocknet wird.
10. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt c) bzw. in Schritt h) ein Salzkern (30) mit einer Oberflächenrauigkeit Rz von bis zu 1 mm erhalten wird.
1 1 . Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass nach Schritt a) und vor Schritt b) der Salzkernrohling (31 ) auf eine Temperatur von 80°C bis 100°C erwärmt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass vor Schritt d) bzw. vor Schritt i) der Salzkern (30) auf eine Temperatur von 300°C bis 500°C erwärmt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt d) bzw. in Schritt i) ein aluminiumbasierter Werkstoff als Gusswerkstoff verwendet wird.
14. Kühlkanalkolben (10), herstellbar mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
15. Kühlkanalkolben (10) mit einem in einem Kolbenkopf (1 1 ) aufgenommenen umlaufenden Kühlkanal (16), dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Kühlkanals (16) eine Oberflächenrauigkeit Rz von mindestens 200μηη aufweist.
16. Kühlkanalkolben nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Kühlkanals (16) eine Oberflächenrauigkeit Rz von bis zu 1 mm aufweist.
PCT/EP2015/077280 2014-11-20 2015-11-20 Verfahren zum herstellen eines kühlkanalkolbens sowie nach einem derartigen verfahren hergestellter kühlkanalkolben Ceased WO2016079328A1 (de)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017526654A JP2017536238A (ja) 2014-11-20 2015-11-20 冷却チャンネルピストンの製造方法とその方法により製造された冷却チャンネルピストン
US15/528,278 US20170320129A1 (en) 2014-11-20 2015-11-20 Method for producing a cooling channel piston and cooling channel piston produced by such a method
KR1020177013165A KR20170085509A (ko) 2014-11-20 2015-11-20 냉각 채널 피스톤을 제조하기 위한 방법 및 이러한 방법에 의해 제조된 냉각 채널 피스톤
CN201580062151.2A CN107107169A (zh) 2014-11-20 2015-11-20 生产冷却通道活塞的方法和由该方法生产的冷却通道活塞

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014017091.8 2014-11-20
DE102014017091.8A DE102014017091A1 (de) 2014-11-20 2014-11-20 Verfahren zum Herstellen eines Kühlkanalkolbens sowie nach einem derartigen Verfahren hergestellter Kühlkanalkolben

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2016079328A1 true WO2016079328A1 (de) 2016-05-26

Family

ID=54705165

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2015/077280 Ceased WO2016079328A1 (de) 2014-11-20 2015-11-20 Verfahren zum herstellen eines kühlkanalkolbens sowie nach einem derartigen verfahren hergestellter kühlkanalkolben

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20170320129A1 (de)
JP (1) JP2017536238A (de)
KR (1) KR20170085509A (de)
CN (1) CN107107169A (de)
DE (1) DE102014017091A1 (de)
WO (1) WO2016079328A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112427605A (zh) * 2020-11-27 2021-03-02 山东进化者新材料有限公司 一种异形水溶性盐芯及制作方法与应用

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017205804A1 (de) 2017-04-05 2018-10-11 Mahle International Gmbh Kolben einer Brennkraftmaschine
CN108339942B (zh) * 2018-04-28 2020-01-10 安徽工业大学 一种水溶型芯的微波固化成型系统
CN108555226B (zh) * 2018-04-28 2020-01-07 安徽工业大学 一种水溶型芯的添加剂的制备方法
CN108500216B (zh) * 2018-04-28 2020-01-03 安徽工业大学 一种红外线预固化水溶型芯的快速成形方法
CN108380825B (zh) * 2018-04-28 2020-01-10 安徽工业大学 一种微波固化水溶盐芯的快速成形方法
CN108515147B (zh) * 2018-04-28 2020-01-10 安徽工业大学 一种红外线预固化水溶盐芯的快速成形方法
CN108500201B (zh) * 2018-04-28 2020-01-10 安徽工业大学 一种水溶型芯的添加剂及其使用方法
CN108296449B (zh) * 2018-04-28 2020-01-10 安徽工业大学 一种水溶盐芯的微波固化成形系统
CN108500215B (zh) * 2018-04-28 2020-02-07 安徽工业大学 一种微波固化水溶型芯的快速成形方法
CN110057859A (zh) * 2019-03-18 2019-07-26 昆明理工大学 一种活塞内冷油道振荡传热性能的模拟装置及试验方法
JP2021098212A (ja) * 2019-12-23 2021-07-01 トヨタ自動車株式会社 塩中子の製造方法
CN116274878B (zh) * 2023-03-03 2024-07-30 九牧厨卫股份有限公司 一种盐芯材料、钛合金铸造用盐芯及其制备方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008028197A1 (de) * 2008-06-12 2009-12-17 Mahle International Gmbh Kolben für einen Verbrennungsmotor und Verfahren zu seiner Herstellung

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010029077A1 (de) 2009-05-18 2010-11-25 Ceramtec Ag Kerne auf der Basis von Salz mit behandelter Oberfläche

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008028197A1 (de) * 2008-06-12 2009-12-17 Mahle International Gmbh Kolben für einen Verbrennungsmotor und Verfahren zu seiner Herstellung

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112427605A (zh) * 2020-11-27 2021-03-02 山东进化者新材料有限公司 一种异形水溶性盐芯及制作方法与应用

Also Published As

Publication number Publication date
DE102014017091A1 (de) 2016-05-25
US20170320129A1 (en) 2017-11-09
KR20170085509A (ko) 2017-07-24
CN107107169A (zh) 2017-08-29
JP2017536238A (ja) 2017-12-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2016079328A1 (de) Verfahren zum herstellen eines kühlkanalkolbens sowie nach einem derartigen verfahren hergestellter kühlkanalkolben
EP1155760B1 (de) Verfahren zur Herstellung eines thermisch belasteten Gussteils
DE102009032941A1 (de) Mehrteiliger Kolben für einen Verbrennungsmotor und Verfahren zu seiner Herstellung
DE102004056519B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor
DE102014017721A1 (de) Verfahren zum Herstellen eines verlorenen Gießkerns, Gießkern sowie unter Verwendung eines derartigen Gießkerns hergestellter Kühlkanalkolben
EP3349928B1 (de) Verfahren und einrichtung zur additiven herstellung
DE69508122T2 (de) Verfahren zur Herstellung keramischer Giessmasken zum Giessen mit verlorenem Modell
DE2317937A1 (de) Spritzgussverfahren
DE10221418A1 (de) Imprägnierter Kern auf Aluminiumoxidbasis und Verfahren zu seiner Herstellung
DE102011116434A1 (de) Sandgießen eines Dieselkolbens mit einer einspringenden Brennraummulde im Gusszustand
DE102014018694B4 (de) Kolben für einen Verbrennungsmotor und Verfahren zu seiner Herstellung
EP2738377A3 (de) Verfahren zur Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses
DE102017208000A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Motorblocks
DE102011102602A1 (de) Kaltgasspritzverfahren mit verbesserter Haftung und verringerter Schichtporosität
DE68903103T2 (de) Verfahren zum vollformgiessen von metallischen gegenstaenden unter druck.
DE102013214534A1 (de) Gießvorrichtung und Gießverfahren
DE102012110258A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses
EP1290243B1 (de) Verfahren zur beschichtung eines metallischen bauteils
DE1805240A1 (de) Kern zum Giessen von hohlen Metallgegenstaenden sowie Verfahren zu seiner Herstellung
DE102007052498A1 (de) Verfahren zum Herstellen eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor, mit diesem Verfahren herstellbarer Kolben sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
DE10338570B4 (de) Verfahren zur Beschichtung eines metallischen Bauteils
DE751354C (de) Verfahren zur Herstellung von Schleudergusshohlkoerpern
DE2519444C3 (de) Verfahren zur Erhöhung der Festigkeit und Zähigkeit von Gußstucken
DE102015207212A1 (de) Reparatur von einkristallinen Strömungskanalsegmenten mittels einkristallinem Umschmelzen
DE687338C (de) Verfahren zur Herstellung von Schleudergussmuffenkokillen

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 15801141

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20177013165

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2017526654

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 15528278

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 15801141

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1