Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ringträger für einen Kolben eines Verbrennungsmotors mit einem Ringträgerteil und einem Kühlkanalteil, das mit dem Ringträgerteil fest verbunden ist und zusammen mit dem Ringträgerteil einen geschlossenen Kühlkanal bildet. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner einen Kolben mit einem derartigen Ringträger.

Ein gattungsgemäßer Ringträger ist aus der DE 100 57 366 AI bekannt. Das Ringträgerteil besteht üblicherweise aus einem austenitischen Gusseisen mit Lamellengraphit. Diese Werkstoffe sind auch unter dem Namen NiResist bekannt. Das Kühlkanalteil besteht im Allgemeinen aus einem Stahlblech, bspw. aus einem V2A-Stahl. Das Kühlkanalteil ist in an sich bekannter Weise und wie auch in der DE 100 57 366 A1 beschrieben mit dem Ringträgerteil verschweißt.

Ein derartiger Ringträger wird vor dem Gießen eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor in die Gießform eingelegt und mit dem Gießwerkstoff umgössen. Bei der Herstellung von Kolben aus einer Aluminiumlegierung muss der Ringträger vorher behandelt werden, damit eine Bindeschicht zwischen den Ringträgerwerkstoffen und dem Kol benwerkstoff entsteht. Hierzu wird der Ringträger in an sich bekannter Weise affiniert, d.h. in ein so genanntes Alfin-Bad, bspw. in eine Aluminium-Silizium-Schmelze getaucht. Dadurch bildet sich auf dem Ringträger eine so genannte, aus Eisenaluminiden bestehende Alfin-Schicht. Diese Alfinschicht stellt die gewünschte Bindeschicht zwischen dem Kolbenwerkstoff und den Ringträgerwerkstoffen dar.

Dabei hat sich gezeigt, dass aufgrund der hohen Temperatur im Alfin-Bad der Gasdruck im Kühlkanal ansteigt. Aufgrund des Überdrucks und der Gasdurchlässigkeit des NiResist- Werkstoffs kann zumindest ein Teil der im Kühlkanal eingeschlossenen Luft durch das Ringträgerteil entweichen. Der in der austretenden Luft enthaltene Luftsauerstoff führt zur Bildung

BESTÄTIGUNGSKOPIE von Oxidhäuten auf dem Ringträgerteil, die nach dem Abkühlen des Ringträgers an diesem anhaften und am fertigen Kolben Fehlstellen in der Ringträgerbindung darstellen.

Die DE 100 57 366 A1 schlägt zur Lösung dieses Problems vor, den Kühlkanal vor dem Alfinieren in einem evakuierbaren Unterdruckbehälter über einen Zeitraum von mindestens 24 Stunden mit Unterdruck zu beaufschlagen. Dadurch wird der Kühlkanal zumindest so weit evakuiert, dass die beim Alfinieren auf den Ringträger einwirkenden hohen Temperaturen nicht mehr zu einem Überdruck im Kühlkanal führen, so dass keine Luft mehr über das Ringträgerteil entweichen kann.

In der Praxis hat sich herausgestellt, dass das Evakuieren des Kühlkanals nicht nur sehr aufwändig und kostspielig ist, sondern dass der Ringträger nach dem Evakuieren sehr zügig alfi- niert und in den Kolben eingegossen werden muss. Da dies nicht immer optimal verwirklicht werden kann, wird der Ringträger zusätzlich unter Unterdruck aufbewahrt, was die Verarbeitung noch weiter kompliziert. Ferner ist darauf zu achten, dass das Kühlkanalteil gasdicht mit dem Ringträgerteil verschweißt ist, um zu vermeiden, dass während des Evakuierens Umgebungsluft in den Kühlkanal nachströmt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen gattungsgemäßen Ringträger bereit zu stellen, der auf möglichst einfache Weise weiterverarbeitet werden kann, insbesondere unter Vermeidung von Fehlstellen in der Ringträgerbindung in einen Kolben für einen Verbrennungsmotor eingegossen werden kann. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht ferner darin, einen Kolben mit einem derartigen Ringträger bereitzustellen.

Die Lösung besteht darin, dass das Kühlkanalteil mit mindestens einer Luftaustrittsöffnung mit einem Durchmesser von maximal 0,5 mm versehen ist.

Gegenstand der vorliegenden Patentanmeldung ist ferner ein Kolben mit einem erfindungsgemäßen Ringträger. Es hat sich herausgestellt, dass während des Alfinierens die im Kühlkanal eingeschlossene Luft durch die mindestens eine Luftaustrittsöffnung entweicht, während der aluminiumbasierte Werkstoff des Alfin-Bades aufgrund seiner Viskosität nicht durch die Luftaustrittsöffnungen in den Kühlkanal eindringen kann. Es wird angenommen, dass der Sauerstoffanteil der entweichenden Luft mit dem Aluminiumwerkstoff außerhalb des Ringträgers reagiert und eine Oxidhaut bildet, die das Einströmen des Alfin-Bades in den Kühlkanal zuverlässig verhindert.

Damit wird die Weiterverarbeitung des erfindungsgemäßen Ringträgers entscheidend vereinfacht, indem nämlich sowohl das Evakuieren des Kühlkanals als auch die Aufbewahrung des Ringträgers unter Unterdruck sowie der Zeitdruck zum Alfinieren und Eingießen entfallen. Der erfindungsgemäße Ringträger kann in beliebigem zeitlichem Abstand zu seiner Herstellung weiterverarbeitet werden.

Da das Ringträgerteil einfacher zu handhaben ist als der fertige Ringträger, wird die erfin- öungsgemäß vorgesehene mindestens eine iuftaustnttsöffnung zweckmäßigerweise vor dem Verbinden von Ringträgerteil und Kühlkanalteil in das Ringträgerteil eingebracht. Dies kann bspw. in an sich bekannter Weise mittels eines gepulsten Laserstrahls erfolgen. Anschließend wird das Ringträgerteil auf an sich bekannte Weise mit dem Kühlkanalteil verschweißt.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die mindestens eine Luftaustrittsöffnung weist zweckmäßigerweise einen Durchmesser von maximal 0,1 mm auf, abhängig von der Viskosität des jeweils verwendeten Alfin-Bades.

Es kann genau eine Luftaustrittsöffnung im Kühlkanalteil vorgesehen sein. Es können aber auch mehrere Luftaustrittsöffnungen im Kühlkanalteil vorgesehen sein, die zweckmäßigerweise gleichmäßig über das Kühlkanalteil verteilt sein können und vorzugsweise einen geringen Durchmesser, insbesondere von maximal 0,1 mm aufweisen. Dadurch wird zuverlässig verhindert, dass auch Werkstoffe eines Alfin-Bades mit geringer Viskosität nicht in den Kühlkanal eindringen können und zugleich der Großteil der im Kühlkanal enthaltenen Luft während des Alfinierens aus dem Kühlkanal austreten kann.

Vorzugsweise bemisst sich der Durchmesser der Luftaustrittsöffnungen nach der hierdurch gebildeten Gesamtquerschnittsfläche, die erforderlich ist, um den Großteil der im Kühlkanal enthaltenen Luft während des Alfinierens aus dem Kühlkanal austreten zu lassen.

Der Werkstoff des Kühlkanalteils weist bevorzugt eine Dicke von maximal 0,8 mm auf, wie es bspw. für Kolben für Nutzfahrzeuge üblich ist. Besonders bevorzugt weist der Werkstoff des Kühlkanalteils eine Dicke von 0,3 mm bis 0,4 mm auf, wie es bspw. für PKW-Kolben üblich ist.

Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen in einer schematischen, nicht maßstabsgetreuen Darstellung :

Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Ringträgers;

Figur 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Ringträgers;

Figur 3 eine vergrößerte Detaildarstellung eines Kolbens mit einem erfindungsgemäßen

Ringträger gemäß Figur 1.

Die Figuren 1 und 2 zeigen in einer schematischen, nicht maßstabsgetreuen Darstellung zwei Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Ringträgers 10, 1 10. Der Ringträger 10 gemäß Figur 1 weist ein Ringträgerteil 1 1 und ein Kühlkanalteil 12 auf. Das Ringträgerteil besteht im Ausführungsbeispiel aus einem NiResist-Material, das heißt, einem austenitischen Gusseisen mit Lamellengraphit. Das Kühlkanalteil 12 besteht im Ausführungsbeispiel aus einem V2A- Stahlblech und weist eine Dicke von 0,3 mm bis 0,4 mm auf. Das Ringträgerteil 1 1 und das Kühlkanalteil 12 sind in an sich bekannter Weise miteinander verschweißt, wobei die Kanten des Kühlkanalteils 12 über Schweißnähte 13 mit dem Ringträgerteil 1 1 verbunden sind. Die radial zum Kühlkanalteil 12 weisende Fläche 14 des Ringträgerteils 1 1 und das Kühlkanalteil 12 umschließen einen Kühlkanal 15. Erfindungsgemäß weist das Kühlkanalteil 12 eine Luftaustrittsöffnung 16 mit einem Durchmesser von maximal 0,1 mm auf. Die Luftaustrittsöffnung 16 kann bspw. in an sich bekannter Weise mit gepulster Laserstrahlung in das Kühlkanalteil 12 eingebracht werden.

Der einzige Unterschied zwischen dem Ringträger 10 gemäß Figur 1 und dem Ringträger 1 10 gemäß Figur 2 besteht darin, dass das Kühlkanalteil 12 mehrere Luftaustrittsöffnungen 1 16 aufweist, die im Ausführungsbeispiel gleichmäßig über das Kühlkanalteil 12 verteilt sind und einen Durchmesser von maximal 0,1 mm aufweisen.

Figur 3 zeigt beispielhaft einen vergrößerten Ausschnitt eines Kolbens 20 mit einem erfindungsgemäßen Ringträger 10 gemäß Figur 1 , der eine Luftaustrittsöffnung 16 aufweist. Der Kolben 20 weist in an sich bekannter Weise einen Kolbenkopf 21 und einen Kolbenschaft 27 auf. Der Kolbenkopf 21 weist einen Kolbenboden 22 mit einer Verbrennungsmulde 23, einen umlaufenden Feuersteg 24 sowie eine umlaufende Ringpartie 25 mit Ringnuten zur Aufnahme von Kolbenringen (nicht dargestellt) auf. Die oberste Ringnut 26 wird durch den erfindungsgemäßen Ringträger 10 gebildet.