WO2014001256A1 - Besondere anordnung einer kühlkanalverbindungsbohrung eines kühlkanales - Google Patents

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Wolfgang Köhler
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    • Y10T29/49274—Piston ring or piston packing making

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a cooling channel piston according to the preamble of claim 1 and a cooling channel piston of an internal combustion engine produced thereafter.
  • Coolant piston for internal combustion engines are basically known in the art. These have a radially encircling cooling channel arranged behind a ring field, in which a cooling medium, in particular oil circulates. This cooling medium is introduced into the cooling channel via at least one inlet opening, in particular injected, then circulated in the cooling channel and exits again at at least one outlet opening in order to remove the heat in the piston bottom of the cooling channel. Within the cooling channel is around the piston axis around another cooling space, often below a combustion bowl, available. Such a cooling channel piston is known for example from DE 10 2007 018 932 A1.
  • the cooling channel piston of DE 10 2007 018 932 A1 has an outer circumferential annular cooling channel and, approximately below a combustion bowl, a dome-shaped cooling chamber. With this construction, it is possible, for example, that a cooling medium is injected from an injection nozzle via an inlet opening into the outer annular, radially running cooling channel, circulates there and passes via at least one, preferably several, transfer openings into the inner cooling space.
  • the cooling medium can escape from the central cooling chamber via a central bore, through which the piston stroke axis passes, in order to remove the heat in the piston bottom (that is, the region located behind the annular field).
  • a circulation flow in the opposite direction is also possible.
  • the contour of the inner cooling channel (or cooling chamber) is designed according to constant wall thickness towards the combustion chamber recess. Therefore, at any angle to the axis of the transfer hole these holes could be introduced by first with a cutter, the material at the point at which the hole is to be introduced, is lowered and then after a tool change the transfer hole is drilled.
  • this manufacturing step is complicated, since two tools must be used, so that two successive manufacturing steps and / or a tool change is required, which is disadvantageous in particular in the mass production of such cooling channel piston.
  • the invention is therefore based on the object to improve a manufacturing method for crossing holes in cooling channel piston, in particular with regard to reduced production costs. This object is solved by the features of patent claim 1.
  • the contour of the inner surface of the internal cooling channel or cooling space is designed such that, in cross section, the entry angle of the transfer opening is between 85 ° and 95 °, preferably between 87 ° and 93 °, more preferably between 89 ° and 91 °, Finally, preferably exactly 90 °.
  • top, bottom, left, right, front, back, etc. refer exclusively to the example representation and position of the device and other parts selected in the figure. These terms are not meant to be limiting, that is to say that these relationships may change as a result of different working positions and / or mirror-symmetrical design or the like.
  • the FIGURE shows a sectional view of a cooling channel piston 1 produced by the method according to the invention.
  • the cooling channel 1 has a radially encircling cooling channel 2. Below the combustion bowl 3, a cooling space 4 is arranged, which can be filled with a cooling medium, regular engine oil. Between the cooling channel 2 and the cooling chamber 4 are transfer channels 5, designed in particular as holes provided. Through these transfer channels, the cooling medium from the cooling channel can get into the cavity and vice versa.
  • the cooling channel piston 1 is composed of a piston upper part 6 and a piston lower part 7 together. A joining seam 8 forms the contact point between the upper piston part 6 and the lower piston part 7. At the periphery of the cooling channel piston 1 has annular grooves 9 for receiving piston rings, not shown here.
  • the contour of the inner surface of the inner cooling channel 2 or cooling chamber 4 is designed so that in cross section of the entry angle ⁇ of the transfer opening 5 between 85 ° and 95 °, preferably between 87 ° and 93 °, more preferably between 89 ° and 91 °, finally preferably exactly 90 °.

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Description

B E S C H R E I B U N G
Besondere Anordnung einer Kühlkanalverbindungsbohrung eines Kühlkanales
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kühlkanalkolbens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie einen danach hergestellten Kühlkanalkolben einer Brennkraftmaschine.
Kühlkanalkolben für Brennkraftmaschinen sind grundsätzlich im Stand der Technik bekannt. Diese weisen einen hinter einem Ringfeld angeordneten radial umlaufenden Kühlkanal auf, in dem ein Kühlmedium, insbesondere otoröl zirkuliert. Dieses Kühimedium wird über zumindest eine Zulauföffnung in den Kühlkanal eingebracht, insbesondere eingespritzt, zirkuliert danach in dem Kühlkanal und tritt an zumindest einer Austrittsöffnung wieder aus, um die Wärme im Kolbenboden des Kühlkanales abzuführen. Innerhalb des Kühlkanales ist um die Kolbenachse herum ein weiterer Kühlraum, oftmals unterhalb einer Brennraummulde, vorhanden. Ein solcher Kühlkanalkolben ist beispielsweise aus der DE 10 2007 018 932 A1 bekannt.
Bei diesem bekannten Kühlkanalkolben wird zunächst ein Oberteil und ein Unterteil hergestellt, damit diese beiden Teile hinsichtlich ihrer konstruktiven Merkmale und auch unter verfahrenstechnischen Aspekten optimal hergestellt, das heißt geformt werden können. Nach der Herstellung der beiden Teile werden diese zusammengefügt, wobei besonders vorteilhaft ein Reibschweißverfahren angewandt wird. Im Stand der Technik ist es bekannt, dass der Kühlkanalkolben der DE 10 2007 018 932 A1 einen äußeren umlaufenden ringförmigen Kühlkanal und, in etwa unterhalb einer Brennraummulde, einen domförmigen Kühiraum aufweist. Mit dieser Konstruktion ist es beispielsweise möglich, dass von einer Einspritzdüse über eine Eintrittsöffnung ein Kühlmedium in den äußeren ringförmig radial laufenden Kühikanal eingespritzt wird, dort zirkuliert und über zumindest eine, vorzugsweise mehrere Übertrittsöffnungen in den innenliegenden Kühlraum gelangt. Von dort aus kann das Kühlmedium über eine zentrale Bohrung, durch welche die Kolbenhubachse verläuft, aus dem zentralen Kühlraum austreten, um die Wärme im Kolbenboden {das heißt der hinter dem Ringfeld liegende Bereich) abzuführen. Ein Zirkulationsfluss in der entgegengesetzten Richtung ist selbstverständlich auch möglich.
Bevor die beiden Teile hergestellt werden, ist es erforderlich, die zumindest eine Übertrittsbohrung ausgehend von dem inneren Kühlraum in Richtung des außenliegenden Kühlkanales einzubringen. Hierzu ist es erforderlich, dass die Kontur des inneren Kühlkanales (beziehungsweise Kühlraumes) nach konstanter Wandstärke hin zur Brenn raummulde ausgelegt wird. Daher konnten in einem beliebigen Winkel zur Achse der Übertrittsbohrung diese Bohrungen dadurch eingebracht werden, dass zuerst mit einem Fräser das Material an der Stelle, an der die Bohrung eingebracht werden soll, angesenkt wird und anschließend nach einem Werkzeugwechsel die Übertrittsbohrung gebohrt wird. Dieser Herstellungsschritt ist jedoch aufwendig, da zwei Werkzeuge eingesetzt werden müssen, so dass zwei nacheinander folgende Herstellungsschritte und / oder ein Werkzeugwechsel erforderlich ist, der insbesondere bei der Serienproduktion solcher Kühlkanalkolben von Nachteil ist. Das Ansenken des Materials in dem Bereich, in dem die Übertrittsbohrung eingebracht werden soll, ist erforderlich, da im Stand der Technik (Figur 2 der DE 10 2007 018 932 A1) die Achse der Übertrittsbohrung nicht im rechten Winkel zu der entsprechenden Wandung des Kühlraumes ausgerichtet ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Herstellverfahren für Übertrittsbohrungen in Kühlkanalkolben zu verbessern, insbesondere im Hinblick auf reduzierte Herstellkosten. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Kontur der inneren Oberfläche des inneniiegenden Kühlkanales beziehungsweise Kühlraumes so gestaltet wird, dass im Querschnitt der Eintrittswinkel der Übertrittsöffnung zwischen 85° und 95°, vorzugsweise zwischen 87° und 93°, weiter vorzugsweise zwischen 89° und 91°, schließlich vorzugsweise genau 90° beträgt. Somit wird ein Verlaufen des Bohrers zwecks Einbringung der Übertrittsbohrung vermieden und vor allen Dingen der bisher vorher notwendige Arbeitsgang des Ansenkens kann entfallen. Dadurch reduzieren sich die Prozessschritte und die Prozesszeit, woraus geringere Hersteilkosten resultieren.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Figur näher erläutert. Sie zeigt eine Schnittansicht eines Kühlkanalkolbens mit erfindungsgemäßen Übertrittsbohrungen.
In der nachfolgenden Figurenbeschreibung beziehen sich Begriffe wie oben, unten, links, rechts, vorne, hinten usw. ausschließlich auf die in der Figur gewählten beispielhaften Darstellung und Position der Vorrichtung und anderer Teile. Diese Begriffe sind nicht einschränkend zu verstehen, das heißt, durch verschiedene Arbeitsstellungen und/oder spiegelsymmetrische Auslegung oder dergleichen können sich diese Bezüge ändern.
Die Figur zeigt eine Schnittansicht eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Kühlkanalkolbens 1. Der Kühikanalkoiben 1 weist einen radial umlaufenden Kühlkanal 2 auf. Unterhalb der Verbrennungsmulde 3 ist ein Kühlraum 4 angeordnet, der mit einem Kühlmedium, regelmäßig Motoröl, gefüllt werden kann. Zwischen dem Kühlkanal 2 und dem Kühlraum 4 sind Übertrittskanäle 5, ausgeführt insbesondere als Bohrungen, vorgesehen. Durch diese Übertrittskanäle kann das Kühlmedium von dem Kühlkanal in den Hohlraum gelangen und vice versa. Der Kühlkanalkolben 1 wird aus einem Kolbenoberteil 6 und einem Kolbenunterteil 7 zusammengefügt. Eine Fügenaht 8 bildet die Kontaktstelle zwischen dem Kolbenoberteil 6 und dem Kolbenunterteil 7. Am Umfang weist der Kühlkanalkolben 1 Ringnuten 9 zur Aufnahme von hier nicht dargestellten Kolbenringen auf.
Die Kontur der inneren Oberfläche des innenliegenden Kühlkanales 2 beziehungsweise Kühlraumes 4 ist so gestaltet, dass im Querschnitt der Eintrittswinkel α des Übertrittsöffnung 5 zwischen 85° und 95°, vorzugsweise zwischen 87° und 93°, weiter vorzugsweise zwischen 89° und 91 °, schließlich vorzugsweise genau 90° beträgt.
Bezugszeichenliste
1 Kühlkanalkoiben
2 Kühlkanal
3 Verbrenn ungsmuide
4 Kühiraum
5 Übertrittskanal
6 Kolbenoberteil
7 Kolbenunterteil
8 Fügenaht
9 Ringnuten α Eintrittswinkel

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E Besondere Anordnung einer Kühlkanalverbindungsbohrung eines Kühlkanales
1.
Verfahren zur Herstellung eines Kühlkanalkolbens (1) für eine Brennkraftmaschine mit den folgenden Schritten,
Herstellung eines Kolbenoberteüs (6) unter Einbringung einer Verbrennungsmulde, eines Kühlraumes (4) eines Teiles eines Kühlkanals (2) sowie Übertrittskanälen (5),
Herstellung eines Kolbenunterteils (7) unter Einbringung eines Teiles eines
Kühlkanals,
Fügen der Kolbenteile, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Übergangskanal durch Bohren erzeugt wird.
2.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur der inneren Oberfläche des innenliegenden Kühlkanaies (2) beziehungsweise Kühlraumes (4) so gestaltet wird, dass im Querschnitt der Eintrittswinkel α der Übertrittsöffnung (5) zwischen 85° und 95°, vorzugsweise zwischen 87° und 93°, weiter vorzugsweise zwischen 89° und 91 °, schließlich vorzugsweise genau 90° beträgt.
3.
Kühikanalkoiben einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühikanalkoiben gemäß einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt ist.
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