DE10125129B4

DE10125129B4 - Permanentkokille für im Schleuderguß hergestellte Ventile für Hubkolbenmotore

Info

Publication number: DE10125129B4
Application number: DE2001125129
Authority: DE
Inventors: Georg Jarczyk; Matthias Dr.rer.nat. Blum
Original assignee: ALD Vacuum Technologies GmbH
Current assignee: ALD Vacuum Technologies GmbH
Priority date: 2001-06-26
Filing date: 2001-06-26
Publication date: 2006-01-26
Anticipated expiration: 2021-06-27
Also published as: DE10125129A1

Abstract

Permanentkokille für im Schleuderguß hergestellte Ventilrohlinge (6, 6a, ...) aus korrosionsfestem, hochhitzebeständigem Werkstoff, insbesondere aus Titanaluminid für Hubkolbenmotore, bestehend aus mehreren, sich vertikal erstreckenden, koaxial zur Rotationsachse der Kokille angeordneten, als gerade Hohlzylinder ausgebildete Kokillensektionen (1, 2, ...), von denen jede eine Vielzahl sich radial zur Rotationsachse in einer Ebene erstreckende Formkammern (7a, 7b, 8a, 8b, ...) aufweist, wobei jede dieser Formkammern mit einem zentralen, von den Kokillensektionen (1, 2, ...) gebildetem Eingießschacht (5) über eine eigene Eingießöffnung (7c''', 7f''', ...) korrespondiert und die einzelnen Kokillensektionen (1, 2, ...) mittels Zuganker zu einer Kokille gegeneinander verspannt oder verpratzt sind, wobei jeweils zwischen den aufeinanderliegenden Stirnpartien zweier benachbarter Kokillensektionen (1, 2, ...) Blechzuschnitte (3, 4, ...) aus einem Werkstoff hoher Beständigkeit eingefügt sind, die derart bemessen sind, daß sie jeweils einerseits um ein geringeres Maß bis in den Gießschacht (5) hineinragen und andererseits jeweils einen Teil der Oberseite der jeweiligen Formkammer...

Description

Die Erfindung betrifft eine Permanentkokille für im Schleuderguß hergestellte Ventilrohlinge aus korrosionsfestem, hochhitzebeständigem Werkstoff, insbesondere aus Titanaluminid für Hubkolbenmotore, bestehend aus mehreren, sich vertikal erstreckenden, koaxial zur Rotationsachse der Kokille angeordneten, als gerade Hohlzylinder ausgebildeten Kokillensektionen, von denen jede eine Vielzahl sich radial zur Rotationsachse in einer Ebene erstreckender Formkammern aufweist, wobei jede dieser Formkammern mit einem zentralen, von den Kokillensektionen gebildeten Eingießschacht über eine eigene Eingießöffnung korrespondiert und die einzelnen Kokillensektionen mittels Zuganker zu einer Kokille gegeneinander verspannt oder verpratzt sind.
Es sind Permanentkokillen bekannt, die aus einer Vielzahl von koaxial zueinander angeordneten Kokillensektionen zusammengesetzt sind, wobei die unterste Kokillensektion mit einer um die vertikale, motorisch angetriebene Achse rotierenden Plattform fest verbunden ist und wobei die einzelnen Kokillensektionen mittels Zuganker gegeneinander verspannt oder verpratzt sind. Bekannt sind auch Gießverfahren, bei denen sowohl die mehrteilige Permanentkokille als auch der Schmelztiegel in einem allseits geschlossenen, druckdichten Kessel angeordnet sind, wobei der Kessel an eine Vakuumpumpe angeschlossen ist, so dass sowohl das Schmelzen des Guts als auch das Eingießen in den lotrechten Eingießschacht der Kokille unter Vakuumbedingungen erfolgen kann. Bekannt ist es weiterhin, den Kessel mit einer Edelgasquelle zu verbinden und die einzelnen Kokillensektionen aus kreisringsegmentförmigen Formkammern zusammenzufügen, deren Eingießöffnungen radial zur Rotationsachse hin ausgerichtet sind, so daß flüssige Schmelze vom Eingießschacht aus infolge von Zentrifugalkräften bei rotierender Kokille in die einzelnen Nester oder Formen eintreten kann.
In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, daß nur etwa 12 im Schleudergußverfahren hergestellte Titanaluminidventile aufgrund von Verspannungen an der Kokille pro Abguß herstellbar sind. Diese Verspannungen insbesondere in der vertikalen Achse der Kokille resultieren erfahrungsgemäß aus dem Schwinden der abgegossenen und erstarrten TiAl-Schmelze, weshalb die Demontage der abgekühlten Kokille im Regelfalle mehrere Arbeitsstunden erfordert.

Außerdem ist Folgendes zu erwähnen: Durch die DE 196 39 514 ist eine Vorrichtung zum Herstellen von Präzisionsgußteilen durch Schleudergießen einer Schmelze unter Vakuum oder Schutzgas bekannt, bei der eine rotierbare Kokille mit einem zentralen Eingußkanal und mehreren von diesem zum Außenumfang der Kokille gerichteten Formhohl räumen vorgesehen ist, wobei die Kokille aus Stapeln von in mehreren Ebenen angeordneten, die Formhohlräume aufweisenden Formen besteht, die in jeweils einer Ebene zwischen Distanzringen angeordnet sind. Die dickwandigen kreisscheibenförmigen Distanzringe sind dazu aus einer Eisen-Basislegierung oder Nickel-Basislegierung gefertigt und liegen mit ihrer radial inneren Stirnfläche an flüchtenden polygonalen Rohrabschnitten an, die die Formen zentrieren und den zentralen Eingußkanal begrenzen.

Die DE 661 626 beschreibt eine Metallkokille für Schleuderguß, die aus metallischen Einzelteilen aus über den Umfang der Kokille verteilten, parallel zur Achse verlaufenden Stangen oder Rohren und dazwischenliegendem, nichtmetallischem feuerfestem Werkstoff besteht. Diese Ausbildung der Kokille ermöglicht es, ein Kühlmittel unmittelbar bis an die Außenschicht des in die Kokille gegossenen Metalls heranzubringen, so daß mit einfachen Mitteln auf die Dauer der Erstarrungszeit bzw. auf die von der Kokillenwandung auf das Gießgut ausgeübte Abkühlungsdauer eingewirkt werden kann.

Die DE 44 20 138 betrifft eine Kokille aus ausschließlich metallischen Werkstoffen und ist aus mehreren, zur Rotationsachse koaxialen Scheiben zusammengesetzt, von denen jeweils zwei Scheiben mehrere Formhohlräume zwischen sich einschließen, wobei alle Formhohlräume an einem gemeinsamen, in der Rotationsachse liegenden Eingußkanal angeschlossen sind. Die jeweils zwischen den Scheiben ange ordneten kreisringförmigen Distanzhalter dichten den Eingußkanal auf seinem Umfang ab.

In der Praxis hat sich gezeigt, daß nur relativ wenige im Schleudergußverfahren hergestellte Werkstücke aufgrund von Verspannungen an einer Kokille der in DE 196 395 14 und DE 44 20 138 beschriebenen Bauart pro Abguß herstellbar sind. Diese Verspannungen, insbesondere in der vertikalen Achse der Kokille, resultieren erfahrungsgemäß aus dem Schwinden der abgegossenen und erstarrten Schmelze, weshalb die Demontage der abgekühlten Kokille arbeitsaufwendig und schwierig ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die herkömmlichen Kokillen so abzuändern bzw. so auszurüsten, daß deren Demontage nach dem Abguß und der Abkühlung leicht vonstatten geht und es möglich wird, eine größere Anzahl von Rohlingen mit einem einzigen Abguß herzustellen und eine Beschädigung der Ventilrohlinge bei der Demontage auszuschließen. Die Verbesserungen der herkömmlichen Kokille sollen außerdem ohne weitergehende Änderungen am konstruktiven Aufbau und an der Struktur möglich sein, schließlich sollen Umrüstungen einer herkömmlichen Kokille besonders preisgünstig bleiben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jeweils zwischen den aufeinanderliegenden Stirnpartien zweier benachbarter Kokillensektionen Blechzuschnitte aus einem Werkstoff hoher Beständigkeit eingefügt sind, die derart bemessen sind, daß sie jeweils einerseits um ein geringeres Maß bis in den Gießschacht hineinragen und andererseits jeweils einen Teil der Oberseite der jeweiligen Formkammer abdecken und zusammen jeweils etwa einen Kreisring bilden.

Mit Vorteil weisen die Blechschnitte eine kreisförmige Konfiguration auf. Alternativ können die Blechschnitte auch als Kreisringstücke oder Kreisabschnitte ausgeformt sein. Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung sind in den anhängenden Patentansprüchen näher beschrieben und gekennzeichnet.

Die Erfindung läßt die verschiedensten Ausführungsmöglichkeiten zu; eine davon ist in den Zeichnungen rein schematisch näher dargestellt, und zwar zeigen:
1 zwei koaxial zueinander angeordnete, aus einzelnen Segmenten zusammengesetzte Kokillensektionen in perspektivischer Darstellung,
2 die einer Kokillensektion entnommenen Ventilrohlinge, die noch nicht voneinander abgetrennt ein kranzartiges Gebilde darstellen und
3 einen Blechschnitt in Gestalt eines Rings, wie er bei der in 2 dargestellten Ausführungsform der Kokillensektion eingelegt ist.
Die Kokille gemäß 1 besteht aus mehreren koaxial zueinander angeordneten Kokillensektionen 1, 2, ..., wobei jede dieser Kokillensektionen Formkammern 7a, 7b, ... bzw. 8a, 8b, ... aufweist. Jede Formkammer 7a, 7b, ... bzw. 8a, 8b, ... ist aus einem unteren und einem oberen Formbett gebildet 7a', 7a'' bzw. 8a', ..., wobei jedes Formbettpaar 7a', 7a'' bzw. 8a', ... jeweils die Gießform für einen Ventilrohling bildet, wobei die Eingießöffnung 7c''' bzw. 7f''' für die Schmelze sich jeweils am radial innen liegenden Ende der Formkammer 7c bzw. 7f, ... befindet. Wie aus 1 gut ersichtlich ist, ist jeweils das untere Formbett 8a', 8b', 8c' von den Formbettpaaren des Kokillenteils 1 dargestellt, so daß der jeweilige Hohlraum für den zu gießenden Ventilroh ling erkennbar ist. Das radial innere Ende jeder Formkammer 7a, 7b ... bzw. 8a, 8b, ... ist von einem Teilstück eines kreisförmigen Blechzuschnitts 3 bzw. 4 abgedeckt. Dieser Blechzuschnitt ist in 3 näher dargestellt, wobei dieser so bemessen ist, dass seine radial äußere Partie die Oberseite der Formkammern 7a, 7b, ... bzw. 8d, 8e, ... teilweise abdeckt und seine radial innere Partie um ein geringes Maß über die Eingießöffnung 7c''', 7f''', ... hinaus bis in den Gießschacht 5 hineinragt. Die Blechzuschnitte sind aus einem hochschmelzenden und gegenüber der Schmelze stabilen Werkstoff, beispielsweise aus Niobium-Blech gefertigt und in ihrer Dicke so bemessen, dass sie jeweils zwischen die einzelnen Kokillensektionen 1, 2, ... eingefügt werden können, ohne dass sich Spalte zwischen ihnen bilden. Die Blechzuschnitte 3, 4, ... verhindern, dass eine Demontage nach erfolgtem Guß und abgekühlter Kokille infolge von Verspannungen unmöglich oder zumindest erschwert wird. Aufgrund der unvermeidbaren Verspannungen zwischen den einzelnen Kokillenteilen konnten bisher nur wenige Ventilrohlinge, beispielsweise höchstens zwölf Ventilrohlinge per Abguß hergestellt werden. Die Trennbleche oder Blechzuschnitte 3, 4, ... gestatten eine selbständige Trennung der Gießbaumlage während der Erstarrung, wobei sich die Trennbleche bzw. Blechschnitte 3, 4, ... anschließend leicht entfernen und für den nächsten Abguß vorbereiten lassen. Es ist klar, dass sich anstelle eines kreisringförmigen Blechzuschnitts 3, 4, ... auch eine Vielzahl einzelner etwa trapezförmiger oder rechteckiger Blechzuschnitte verwenden lassen. In 2 ist der Abguß von mehreren noch miteinander verbundenen Ventilrohlingen 6, 6a, ... dargestellt, wobei die kreisförmigen Flächen 8 bzw. 9 infolge der sie ausbildenden Blechzuschnitte 3, 4 eine saubere Trennung der anliegenden Gießbaumlagen erkennen läßt. Es ist klar, dass die einzelnen Ventilrohlinge 6, 6a, ... nach dem Abguß und nach der Demontage der Kokille voneinander durch Sägeschnitte getrennt werden müssen und dass die einzelnen Ventilrohlinge danach feinbearbeitet werden müssen.

1: Kokillensektion
2: Kokillensektion
3: Blechzuschnitt
4: Blechzuschnitt
5: Gießschacht
6, 6a, ...: Ventilrohling
7a, 7b, ...: Formkammer
8a, 8b, ...: Formkammer
7a', 7b', ...: unteres Formbett
8a', 8b', ...: unteres Formbett
7a'', 7b'', ...: oberes Formbett
8a'', 8b'', ...: oberes Formbett
7c''', 7f''', ...: Eingießöffnung
8: Trennfläche
9: Trennfläche

Claims

Permanentkokille für im Schleuderguß hergestellte Ventilrohlinge (6, 6a, ...) aus korrosionsfestem, hochhitzebeständigem Werkstoff, insbesondere aus Titanaluminid für Hubkolbenmotore, bestehend aus mehreren, sich vertikal erstreckenden, koaxial zur Rotationsachse der Kokille angeordneten, als gerade Hohlzylinder ausgebildete Kokillensektionen (1, 2, ...), von denen jede eine Vielzahl sich radial zur Rotationsachse in einer Ebene erstreckende Formkammern (7a, 7b, 8a, 8b, ...) aufweist, wobei jede dieser Formkammern mit einem zentralen, von den Kokillensektionen (1, 2, ...) gebildetem Eingießschacht (5) über eine eigene Eingießöffnung (7c''', 7f''', ...) korrespondiert und die einzelnen Kokillensektionen (1, 2, ...) mittels Zuganker zu einer Kokille gegeneinander verspannt oder verpratzt sind, wobei jeweils zwischen den aufeinanderliegenden Stirnpartien zweier benachbarter Kokillensektionen (1, 2, ...) Blechzuschnitte (3, 4, ...) aus einem Werkstoff hoher Beständigkeit eingefügt sind, die derart bemessen sind, daß sie jeweils einerseits um ein geringeres Maß bis in den Gießschacht (5) hineinragen und andererseits jeweils einen Teil der Oberseite der jeweiligen Formkammer (7a, 7b, 8d, 8e, ...) abdecken und zusammen jeweils etwa einen Kreisring bilden.
Permanentkokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils zusammen etwa einen Kreisring bildenden Blechzuschnitte (3, 4, ...) aus Teilstücken mit einer kreisringabschnittförmigen, trapezförmigen, kreissektorförmigen oder kreissegmentförmigen Konfiguration zusammengefügt sind.
Permanentkokille nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechzuschnitte (3, 4, ...) aus Niobium bestehen.