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Verfahren zur Herstellung von Kernen für die Anfertigung hohler Metallgusskörper.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kernen für die Anfertigung hohler
Metallgusskörper beliebiger Form und bezweckt die Erzielung von Kernen, die billig in der Herstellung und sauber im Gebrauch sind, sowie Mikrolunker und Spannungsbildung in dem Gussstück ausschliessen und leicht und schnell aus dem Gussstück zu entfernen sind.
Zur Herstellung metallener Hohlgusskörper bediente man sich bisher der Sandkerne oder bei Sehalen-(Kokillen-) guss der Stablkerne.
Die Sandkerne werden, nachdem der Guss erkaltet ist, zerstört und ausgeräumt, die Stahlkerne sollen sofort nach dem Erstarren des Metallflusses durch geeignete Vorrichtungen in Richtung ihrer
Achse gezogen und für den nächsten Guss wieder in die Form eingesetzt werden.
Beiden Arten von Kernen haften in der Herstellung und Verwendung grosse Mängel an. Die für die Herstellung der Sandkerne erforderlichen Kernkästen sind teuer, da sie aus einzelnen Holz- stücken mühevoll zusammengesetzt werden müssen. Die Aufbereitung und Mischung des Kernsandes erfordern erhebliche Raum-, Arbeit-und Transportkosten und sind mit unerwünschter Staub- entwicklung verbunden. Ferner müssen die Kerne bei höherer Temperatur gebrannt werden. Der Sand kann die gewünschten Konturen nicht scharf genug wiedergeben und benötigt organische Bindemittel um standfest zu werden. Diese organischen Bindemittel sollen durch die Temperatur des den Kern umspülenden Metalles verbrannt, verdampft oder verkohlt werden.
Gleichzeitig soll aber der porös hergestellte Kern aus dem Metallbad bei der Erstarrung freiwerdende Gase aufnehmen, so dass in dem
Kern Luftkanäle angeordnet werden oder Wachsschnüre in den Kern gebettet werden müssen, um die entstandenen Gase abführen zu können. Viele Kerne müssen durch besondere Einlagen aus Draht od. dgl. widerstandsfähig gegen den Metalldruck gemacht werden.
Durch die Zerstörung der organischen Bindemittel nach dem Guss soll der Kern befähigt werden, dem Schwingungsdruck des Metalles nachzugeben, um Mikrolunker und Spannungen im Guss zu vermeiden.
Das Ausräumen des Kernsandes nach dem Erkalten des Gusses muss von Hand bewerkstelligt werden, ist zeitraubend und wieder mit schädlicher Staubentwicklung verbunden. Häufig geht der
Sand an der Oberfläche des Kernes mit dem Metall eine mechanische Verbindung ein, die rauh und unansehnlich ist und die für die Weiterbearbeitung des Gussstückes lästige Gusshaut bildet.
Die beim Schalenguss verwendeten Stahlkerne müssen konisch sein, oder es müssen andere Hilfsmittel vorgesehen werden, wenn sie nach dem Erstarren des Schmelzflusses gezogen werden sollen.
Durch die Temperatureinflüsse im Betriebe verziehen sie sich und werden an der Oberfläche so rauh, dass sie im Verhältnis zu den hohen Herstellungskosten nur eine kurze Lebensdauer haben. Die grössten Nachteile der Dauerkerne bestehen jedoch darin, dass sie nicht unterschnitten sein können und der Zeitpunkt des Ziehens der Kerne nie genau bestimmt werden kann, so dass das Metall schon auf den Kern geschrumpft ist und dadurch die Schwindung des Metalles behindert wurde, bevor der Kern gezogen werden konnte.
Es wurde nun festgestellt, dass man alle diese Nachteile mit einem Schlage beseitigen kann, wenn man für die Herstellung der Kerne einen völlig neuen Weg beschreitet. Dieser Weg besteht darin, dass in Kernformen aus Schlicker durch Sturzguss hohle, poröse und kantenscharfe, wasserlösliche Kerne hergestellt werden, die von der Kernform abschwinden und nach dem Lufttrocknen standfest und temperaturbeständig sind. Der Schlicker wird aus organischen Stoffen mit oder ohne Zusatz von Bindemitteln hergestellt,
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Durch diese Herstellung der Kerne ist zunächst die Herstellung teurer Kernkästen überflüssig, da einfache Gipsformkästen verwendet werden können.
Da kein Sand mehr verwendet wird, fällt jede
Aufbereitung und Mischung desselben sowie jede für die Arbeiter gesundheitsschädliche Staubent- wicklung bei der Herstellung und bei der Zerstörung der Kerne fort. Da die Kerne keine organischen
Bindemittel enthalten, gasen sie nicht, wenn sie vom Metallfluss umspült werden. Die Kerne sind porös, so dass sie die aus dem Metall freiwerdenden Gase in ihrem grossen Hohlraum aufnehmen können.
Trotz ihrer Dünnwandigkeit sind auch grosse und komplizierte Kerne vor und während des Gusses standfest, massgenau und von scharfen Konturen. Die Kerne sind aussen glatt und verbinden sich niemals mit dem Metall des Sehmelzbades, so dass der Hohlraum des Gusskörpers stets metallisch rein und glatt ist.
Die Herstellung dieser Kerne geschieht nach dem in der keramischen Industrie bekannten Sturz- gussverfahren. Die Kernkästen aus Gips sind zwei-oder mehrteilig und haben eine Öffnung zum Ein- giessen und Ausgiessen des Schlickers. Der Schlieker kann aus Ton, Kaolin, Quarz, Schamotte,
Bariumsulfat od. dgl. geeigneten Stoffen unter Zusatz von Verflüssigungsmitteln bestehen. Bedingung ist nur, dass der in der Gipsform von dem Schlicker gebildete Kern vom Formkasten abschwindet und nach dem Lufttrocknen standfest, gasdurchlässig und temperaturbeständig ist. Die Stärke der
Wandung des Kernes richtet sich nach der Grösse und Form des Kernes und seiner Verwendung hin- sichtlich des Gussmetalles. Kleinere Kerne für Leichtmetall brauchen beispielsweise nur hauchdünn zu sein.
Der wichtigste Vorteil des Verfahrens gemäss der Erfindung ist aber das Verhalten der Kerne während des Erstarrens des sie umgebenden Metallflusses, welches ohne die geringsten Schwierigkeiten jede Spannung in dem Gussstück verhindert.
Da beispielsweise fette Tone und Kaoline in den für den vorliegenden Zweck in Betracht kommenden Temperaturbereich mehr schwinden als die industriellen Giessmetalle, lässt sich durch die Auswahl der geeigneten Stoffe und Zusatz von Magerungsmitteln stets die für das zu vergiessende Metall gewünschte Schwindung der Kerne erreichen. Die nach dem Verfahren hergestellten Kerne lassen sich also in bezug auf ihre Schwindung dem Schwindungskoeffizienten des Gussmetalles genau anpassen, wodurch ein gesunder Guss erzielt wird, der frei von Spannungen und Mikrolunkern ist, da dem schwindenden Metall keine Widerstände entgegengesetzt werden.
Bei den üblichen Temperaturen bleibt das Kernmaterial nach dem Guss weich und zeigt keinerlei Zerstörungserscheinungen. Es besteht aber auch die Möglichkeit, den Sehlieker so zusammenzusetzen, dass das Kernmaterial-insbesondere bei den Temperaturen höherschmelzender Metalle-sintert und bei fortschreitendem Schwinden des Metalles der Kern zertrümmert wird.
Die Entkernung ist demnach äusserst einfach und kann auf zwei verschiedene Arten erfolgen.
. Handelt es sich um weich gebliebene Kerne, so braucht man nur die fertigen Gussstücke in Wasser zu werfen, wobei sich dann der wasserlösliche Kern sofort auflöst. Der Schlamm kann durch Schütteln im Wasser dann vollständig aus dem Gusskörper entfernt werden. Handelt es sich um gesinterte und zertrümmerte Kerne, so braucht man die Bruchstücke nur aus dem Gusskorper herauszuschütteln. In beiden Fällen fällt auch bei der Entkernung jede Staubentwicklung fort, so dass irgendwelche gesund- heitsschädlichen Schädigungen für die Arbeiter nicht möglich sind.
Die gesamte Ausführung des Verfahrens gestaltet sich so, dass nach Herstellung der Gipsformen diese mit Schlicker von der gewünschten Zusammensetzung gefüllt wird, worauf sich der Schlicker nach und nach an den Formwandungen absetzt. Nach Ablauf der für das Absetzen des Hohlkernes von der gewünschten Wandstärke erforderlichen Zeit wird der nicht angesetzte Sehlieker durch Stürzen der Form ausgegossen und der an den Wandungen der Form entstandene Schlickerhohlkörper schwindet allmählich von den Wandungen ab und kann nach Lufttrocknen als standfester, poröser und temperaturbeständiger Hohlkern der Form entnommen werden. Die Wandungen des Hohlkernes sind vollkommen glatt und zeigen die gewünschten scharfen Konturen, die an Sandkernen niemals zu erzielen sind.
Die Kerne werden dann in die Gussformen gesetzt und das Metall eingegossen. Je nach den dem Kernmaterial gegebenen Eigenschaften schwindet der Kern dann zusammen mit dem Metall gleichmässig und kann im Wasserbad entfernt werden oder der Kern sintert, wird von dem sehwindenden Metall zertrümmert und kann aus dem Gussstück herausgeschüttelt werden.
Genau so wie das Verfahren für die Herstellung von Kernen angewendet werden kann, ist es selbstverständlich für die Herstellung von Gusseinlagen auch verwendbar, die der Zangenwirkung des schwindenden Metalles nachgeben sollen.
Will man ganz besonders poröse Kerne für Gussmetalle mit grosser Gasentwicklung haben, so kann man eine solche grosse Porosität leicht auf künstlichem Wege erzielen, u. zw. entweder durch Materialzusätze, bei denen bestimmte physikalische Eigenschaften ausgenutzt werden, oder auf mechanischem Wege durch Einstechen von Löchern.
In beiden Fällen ist die Erzielung der Porosität möglich, ohne im übrigen die Eigenschaften des Hohlkernes irgendwie zu beeinträchtigen.
Als Zusätze, deren physikalische Eigenschaften auszunutzen sind, kommen bei verhältnismässig niedriger Temperatur vergasende Materialien, wie z. B. Naphthalin in Frage. Es wird also hier die
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bekannte Tatsache, dass bestimmte Stoffe schon bei verhältnismässig niedriger Temperatur vergasen, dazu verwendet, diese Vergasung in dem fertigen Hohlkern vorzunehmen, so dass an Stellen, wo sich das zu vergasende Material befindet, nach dem Vergasen Hohlräume vorhanden sind, die die Porosität des Hohlkernes erhöhen. Der grosse Vorteil besteht dabei darin, dass man den Grad der Porosität den jeweiligen Erfordernissen mit grösster Genauigkeit durch entsprechende Dosierung des Zusatzmittels und die entsprechende Korngrösse herbeiführen kann.
Selbstverständlich darf das Zusatzmittel nicht wasserlöslich sein, da es sich sonst in dem Tonsehlieker auflösen würde. Naphthalin ist für den vorliegenden Zweck sehr geeignet, da es billig, wasserunlöslich, bei verhältnismässig niedriger Temperatur vergasbar ist und die Eigenschaften des Tonschlickers in keiner Weise beeinflusst, also gewissermassen einen Fremdkörper in dem Gefüge des Kernes bildet, der zum geeigneten Zeitpunkt auf einfache Weise entfernt werden kann. Es gibt selbstverständlich ausser Naphthalin noch eine ganze Anzahl anderer geeigneter Stoffe, deren Auswahl sich stets nach den gegebenen Vorbedingungen richten wird.
Die Vergasung des Zusatzmittels kann auf verschiedene Weise erfolgen und richtet sich auch wieder danach, welche Vorbedingungen durch das Giessmetall gegeben sind. Entweder kann man die Vergasung beim Trocknen des Kernes vornehmen, wobei man dann die Trocknung bei einer Temperatur vornimmt, die eine Vergasung des Zusatzmittels bewirkt, oder man lässt die Vergasung beim Giessen selbst durch die vorhandene Wärme des Giessmateriales vornehmen, wobei aber die Verhältnisse so gewählt sein müssen, dass die Vergasung im Augenblick des Giessens plötzlich eintritt, um den beim
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also auf jeden Fall nur dann beschritten werden, wenn das Giessmetall nicht schon durch ein nur augenblickliches Stocken des Gasabzuges eine Veränderung der kernberiihrenden Oberfläche erfährt.
Weiter wird die Vergasung während des Giessens um so leichter vorzunehmen sein, je dünner die Wandung des Hohlkernes ist. Da die Hohlkerne aus Schlicker mit hauchdünner Wandung hergestellt werden können, dürfte also dadurch in vielen Fällen die Vergasung des Zusatzmittels beim Giessen selbst möglich sein.
Auf mechanischem Wege kann man die erforderliche grosse Porosität dadurch erreichen, dass man in den fertig gegossenen Hohlkern im zähesten Zustande eine grosse Anzahl durch den Kern völlig hindurchgehender Löcher stösst, deren Durchmesser so klein ist, dass das um den Kern herumgegossene Metall nicht in sie eintreten kann.
Diese Löcher bilden dann die Zubringerkanäle für die Gase zu dem, den Ableitungskanal bildenden Hohlraum im Innern des Kernes. Da man an den Stellen des Hohlkernes, wo eine besonders gute Ableitung der Gase erforderlich ist, besonders viele Löcher anordnen kann, hat man also die Verteilung der Löcher über den gesamten Hohlkern stets in der Hand und kann auch die kompliziertesten Kerne in ihrer Porosität an allen Stellen den an sie zu stellenden Anforderungen anpassen.
Die Herstellung der Löcher ist auf viele Weise möglich und, wenn sie maschinell geschieht, auf wirtschaftlicher Basis durchzuführen, da man maschinell mit Leichtigkeit 10. 000 Löcher in der Minute herstellen kann.
Eine besonders praktische Vorrichtung zur Herstellung der durchgehenden Löcher in den Hohlkernen ist in der Zeichnung schematisch dargestellt, es zeigen Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung nach der Linie B der Fig. 2 und Fig. 2 einen Längsschnitt nach der Linie C-D der Fig. 1.
Die Vorrichtung besteht aus einem als Handgriff ausgebildeten Gehäuse a, in welchem eine rotierende Welle b angeordnet ist, die entweder das Ende einer biegsamen Welle oder das Ende einer Motorwelle bildet, deren Motor im oberen nicht dargestellten Teile des Gehäuses a angeordnet ist. Die Welle b trägt am Ende ein verstärktes Wellenstück c, welches mit einer kurvenförmigen Nut d versehen ist, die beispielsweise eine Steigung von 8 bis 10 Mm besitzt.
In die Nut d greift mit einem Führungsstift e ein Gleitschieber t ein, der am unteren Ende einen Nadelhalter g trägt. An dem Nadelhalter g ist eine Anzahl Nadeln ; angeordnet, die in der höchsten Stellung des Gleitschiebers gerade in das Gehäuse a zurückgezogen sind und in der tiefsten Stellung um das Mass der Steigung der Nut d aus dem Gehäuse a herausragen. Die Welle b und der Gleitschieber t sind in schematisch angedeuteten Lagern i geführt.
Die rotierende Bewegung der Welle b und der Kurventrommel c wird durch die Kurvennut d und den Führungsstift e auf den Gleitschieber tals hin- und hergehende Bewegung übertragen, so dass die am Ende des Gleitschiebers in dem Nadelträger g sitzenden Nadeln/t Löcher stechen können, sobald der Apparat von Hand streichen über die Oberfläche der Kerne hinweggeführt wird.
Der Handgriff kann z. B. in der Form der bekannten Haarsehneidemaschinen ausgebildet und auch in derselben Art antreibbar sein. Da mit solchen Apparaten leicht 2000 Umdrehungen in der Minute, d. h. also 2000 Hübe des Zinkenträgers möglich sind, können bei fünf Zinken in dem Träger 10.000 Löcher in der Minute hergestellt werden. Selbstverständlich lässt sich diese Zahl beliebig erhöhen, da der Zinkenträger eine beliebig grosse Zahl von Zinken erhalten kann.
Die Stärke der in den Hohlkernen herzustellenden Löcher wird normal etwa 0-1-0-2 mm betragen und mit dem Mittel von 0-15 mm die vorteilhafteste Stärke sein. Bei dieser Stärke der Löcher ist die Gewähr gegeben, dass das um den Kern herumgegossene Metall nicht in sie eintreten kann.