DE102004034802B4

DE102004034802B4 - Metallische Dauerform zur Herstellung von Großgussteilen aus Metalllegierungen

Info

Publication number: DE102004034802B4
Application number: DE200410034802
Authority: DE
Inventors: Ulrich Minkner
Original assignee: Minkner, Ulrich, Dr.-Ing.
Current assignee: MINKNER, ULRICH, DR.-ING., 38889 BLANKENBURG, DE
Priority date: 2004-07-19
Filing date: 2004-07-19
Publication date: 2007-09-13
Anticipated expiration: 2024-07-20
Also published as: DE102004034802A1

Abstract

Metallische Dauerform (D) mit einem Laufsystem (L) zur Ausbildung sowohl der äußeren als auch der inneren Gestalt eines Großgussteiles (6) aus Metalllegierungen, welche aus einer Mehrzahl von Formelementen (1.1, 1.2, 2.1, 2.2; 3.1 bis 3.8) in Trennebenen an Fügekanten (4) zusammengefügt ist, die ein Entformen des Großgussteiles (6) nach dem Erstarren des Gussmaterials sowie eine Wiederverwendung der Formelemente ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, dass in den Trennebenen an den Fügekanten (4) zwischen den Formelementen Dehnungsspalten vorgesehen und mit einem temperatur- und formbeständigen, dem Druck der Wärmedehnung der Formelemente nach Einfüllen der heißen Schmelze nachgebenden Dichtungsmaterial ausgefüllt sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine metallische Dauerform zur Herstellung von Großgussteilen aus Metalllegierungen, z. B. aus Eisengusslegierungen zur Herstellung von Tragachsen für Windenergieanlagen, von Gussteilen für sogenannte Castorbehälter zum Transport von radioaktiven Abfällen usw.
Nach dem Stand der Technik werden derartige Großgussteile in verlorenen Sandgussformen hergestellt.
Aus der DE-OS 10037359 A1 ist weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines großen Sphärogussteiles bekannt, bei welchem die Sandgussform mit Profilkokillen in der Weise kombiniert ist, dass die Profilkokillen die äußere Gestalt des Gussteiles formen, wobei Formsand die Profilkokillen umgibt und für deren Abstützung und Abdichtung sorgt. Die Profilkokillen dienen bei dieser bekannten Lösung in erster Linie einer rascheren Wärmeableitung von der Außenfläche des Gussteiles nach dem Eingießen der Schmelze, wodurch eine vorteilhafte Ausbildung des Materialgefüges im Gussteil auch ohne Wärmenachbehandlung gewährleistet wird. Die Innenform dieses Großgussteiles wird im Wesentlichen durch einen aus Kühlsand geformten, mit Armierungen versehenen und an einem Ende mit einem Kühldorn verbundenen Kern gebildet.
Das Gießen von Großgussteilen in verlorenen Sandformen bzw. der mit Profilkokillen kombinierten Sandform stellt in Folge der für jeden Abguss erforderlichen Formherstellung aus Formsand unter Verwendung von Gussteilmodellen sowie der nach der Entformung notwendigen Wiederaufbereitung des Formsandes ein aufwändiges Herstellungsverfahren dar.
Für kleinere Gussteile aus Eisengusslegierungen ist es z. B. aus dem Fachbuch „Gusseisen – Kokillenguss" von Z. Gorny u. a., Gießerei-Verlag GmbH, Düsseldorf, 1978, seit längerem bekannt, mehrteilige wiederverwendbare Metallformen zur Ausbildung der äußeren und inneren Formen der Gussteile zu verwenden. Auf diese Weise werden heute z. B. Zylinderlaufbuchsen hergestellt, und im Vergleich zum Gießen in verlorene Sandformen ergeben sich für den Fertigungsablauf große Vorteile wie z. B. eine hohe Fertigungsgeschwindigkeit sowie eine bessere Maßhaltigkeit und eine hohe Oberflächengüte der in dieser Weise hergestellten Teile. Außerdem wird durch die hohe Erstarrungsgeschwindigkeit infolge der guten Wärmeableitung durch die Metallform ein feinkörniges Gefüge ausgebildet, wodurch sich auch die Festigkeitswerte der Teile wesentlich erhöhen.
Trotz der bekannten Vorteile, die das Gießen von Teilen aus Metalllegierungen in wiederverwendbare Metallformen bietet, wurde diese Technologie zum Gießen von großen Teilen bisher nicht angewendet, weil die Dichtigkeit an den Fügekanten der aus mehreren Formelementen gebildeten Formen wegen der nach dem Eingießen der heißen Schmelze erforderlichen Wärmedehnungsfugen nicht gewährleistet werden konnte.
Weiterhin galt das Ausbilden von komplizierten Innenkonturen durch wiederverwendbare Metallformen praktisch als ausgeschlossen, weil mit einem Aufschwinden der erkaltenden Gussteile auf die Formelemente bei der Ausbildung der Innenkonturen zu rechnen war, wodurch ein Entformen dieser Formelemente nicht mehr möglich ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine metallische Dauerform zu schaffen, welche auch für die Herstellung von Großgussteilen aus Metalllegierungen, insbesondere aus Eisengusslegierungen, und auch für das Ausbilden der Innenkonturen dieser Gussteile anwendbar ist.
Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung bilden die Merkmale der Patentansprüche 2 bis 8.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die einzige 1 näher erläutert werden.
1 zeigt einen Vertikalschnitt durch eine erfindungsgemäße metallische Dauerform zum Gießen einer Windgeneratornabe. Die metallische Dauerform umfasst untere äußere Formelemente 1.1, 1.2, obere äußere Formelemente 2.1, 2.2 sowie innere Formelemente 3.1 bis 3.8.
An den Fügekanten zwischen den Formelementen 1.1, 1.2; 2.1, 2.2 und 3.1 bis 3.8 sind Dehnungsspalten 4 vorgesehen, die mit einem temperatur- und formbeständigen Dichtungsmaterial ausgefüllt werden. Damit das Dichtungsmaterial die Dehnungsspalten 4 gegenüber der in die Form eingegebenen Metallschmelze zuverlässig abdichtet, muss es sowohl temperaturbeständig als auch formbeständig und in dem Maße kompressibel sein, dass es dem Druck nachgibt, der bei der Wärmeausdehnung der metallischen Formelemente nach dem Einfüllen der heißen Schmelze in die metallische Dauerform D auftritt.
Als ein für diesen Zweck geeignetes Material hat sich ein unter dem Handelsnamen Nefalit vertriebenes, Hochtemperaturglas- und/oder Keramikfasern enthaltendes Material erwiesen, dass sich in seiner handelsüblichen stranggepressten Form sehr gut in die Dehnungsspalten 4 zwischen den äußeren Formelementen 1.1, 1.2, 2.1, 2.2 sowie den inneren Formelementen 3.1 bis 3.8 einfügen lässt und die erforderliche Wärme- und Druckstabilität sowie die gewünschten Dichtungseigenschaften aufweist. Selbstverständlich ist auch jedes andere Mate rial als Dichtungsmaterial zum Abdichten der Dehnungsspalten 4 geeignet, welches für den Einsatzzweck gleiche oder ähnlich gut geeignete Materialeigenschaften aufweist.
Wie in der 1 weiter erkennbar ist, werden beim Zusammensetzen der metallischen Dauerform außerdem Kerne 5 zwischen den äußeren Formelementen 1.1, 1.2, 2.1, 2.2 und den inneren Formelementen 3.1 bis 3.8 eingefügt, damit Öffnungen Ö im Gussteil 6 offen gehalten werden. Die im Beispiel dargestellten Kerne 5 sind als Hohlzylinder ausgebildet. Um sie nach dem Erstarren der Schmelze beschädigungsfrei entnehmen zu können, werden die Kerne zweckmäßigerweise ebenfalls mehrteilig ausgebildet, wobei an den Fügekanten zwischen den Kernelementen sowie den Fügekanten zwischen den Kernelementen und den äußeren und inneren Formelementen ebenfalls Dehnungsspalten 4 vorgesehen und diese mit dem temperatur- und formbeständigen Dichtungsmaterial ausgefüllt werden. Kleine Kerne können gegebenenfalls auch einteilig ausgebildet sein. Um sie bei der Entformung vom Gussteil 6 trennen zu können, ist eine Konizität ihrer an die Schmelze angrenzenden Außenflächen erforderlich.
Beim Abkühlen der Schmelze schwindet das erstarrende Gussteil 6 auf die Innenformelemente 3.1 bis 3.8 und die Kernelemente 5 auf. Diese pressen dabei das Dichtungsmaterial zusammen, so dass an den Stoßflächen der Formelemente keine sehr hohen Druckspannungen aufgebaut werden. Dadurch lässt sich nach dem Erstarren des Gussteiles 6 durch Entfernen des Dichtungsmaterials, vorzugsweise unter mechanischer Einwirkung, z. B. durch Fräsen oder Schleifen, aber auch durch chemische oder anderweitige Einwirkung auf das Dichtungsmaterial das Gussteil 6 bequem entformen.
Bevorzugt wird das Laufsystem L in die äußeren und besonders bevorzugt in die inneren Dauerformelemente eingebunden, wie dies aus der 1 erkennbar ist.
Weiterhin kann ein Schieber (nicht dargestellt) vorgesehen werden, um das Laufsystem L im teigigen Zustand der eingelassenen Schmelze abzutrennen.
Weiterhin besteht die Möglichkeit, in die Formhohlräume der metallischen Dauerform sowie in das Laufsystem L ein Schutzgas zu injizieren, um das Oxidationspotenzial und die damit einhergehende Fehleranfälligkeit der Gussteile 6 zu reduzieren.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird in die Formelemente eine Temperatursteuerungseinrichtung zur Beeinflussung der Abkühlungsgeschwindigkeit der Schmelze integriert. Damit kann die Ausbildung des Gussgefüges gezielt beeinflusst werden. So lässt sich z. B. bei Eisengusslegierungen durch die Vergrößerung der Abkühlungsgeschwindigkeit ein besonders feinkörniges Gefüge mit wesentlich verbesserten Festigkeitseigenschaften erzielen.
In einer einfachen Ausführungsform umfasst eine solche Temperatursteuerungseinrichtung in den Formelementen angeordnete Kühlkanäle K (siehe 1), welche von einem Kühlmedium, z. B. von Luft durchströmt werden können.
Die erfindungsgemäße metallische Dauerform führt zu folgenden Vorteilen: Erstarrung in einer festen Form mit hoher Erstarrungsgeschwindigkeit, dadurch Entfall von Speisern, ein hohes Ausbringen und ein feinkörniges Gefüge mit sehr guten mechanischen Eigenschaften und Oberflächengüte sowie im Vergleich zum Sandguss mitunter sogar verbesserter Maßhaltigkeit der Gussteile 6.
Durch die Möglichkeit der Steuerung des Abkühlungsprozesses kann auch die Gefügeausbildung gezielt und örtlich unterschiedlich beeinflusst werden.
Eine Verunreinigung der Schmelze durch abgelöste Sandpartikel ist ausgeschlossen.
Es sind nur geringe Nachbearbeitungen an den Gussteilen 6 erforderlich, und es entstehen bei den Putzarbeiten keine Staubbelastungen. Ferner werden glatte Gussoberflächen erzielt, die einen deutlich geringeren Prüfaufwand erfordern.
Die Herstellung von Sandformen nach Gussmodellen entfällt ebenso wie die Wiederaufbereitung des Formsandes nach der Entformung der Gussteile.
Vor jeder Wiederverwendung der metallischen Dauerformelemente ist lediglich eine Reinigung durch Auskratzen und Ausblasen und ein Einstreichen mit Kokillenschliche/Schwärze erforderlich. In größeren Abständen, z. B. nach zwanzig Abgüssen ist eine Nachbearbeitung der Teilungs- und Durchbruchflächen zweckmäßig.
Mit den wiederverwendbaren Dauerformen lässt sich auch im Vergleich zur Fertigung mit Sandformen ein wesentlich höherer Mechanisierungs- und/oder Automatisierungsgrad realisieren.

Claims

Metallische Dauerform (D) mit einem Laufsystem (L) zur Ausbildung sowohl der äußeren als auch der inneren Gestalt eines Großgussteiles (6) aus Metalllegierungen, welche aus einer Mehrzahl von Formelementen (1.1, 1.2, 2.1, 2.2; 3.1 bis 3.8) in Trennebenen an Fügekanten (4) zusammengefügt ist, die ein Entformen des Großgussteiles (6) nach dem Erstarren des Gussmaterials sowie eine Wiederverwendung der Formelemente ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, dass in den Trennebenen an den Fügekanten (4) zwischen den Formelementen Dehnungsspalten vorgesehen und mit einem temperatur- und formbeständigen, dem Druck der Wärmedehnung der Formelemente nach Einfüllen der heißen Schmelze nachgebenden Dichtungsmaterial ausgefüllt sind.
Metallische Dauerform (D) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie neben den Formelementen mindestens ein ein- oder mehrteiliges Kernelement (5) umfasst.
Metallische Dauerform (D) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine einteilige Kernelement (5) an den an das Gussteil (6) angrenzenden Flächen eine Konizität aufweist.
Metallische Dauerform nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens eine Temperatursteuerungseinrichtung zur Beeinflussung der Abkühlungsgeschwindigkeit der Schmelze und des erstarrten Gussteils.
Metallische Dauerform nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatursteuerungseinrichtung Kühlkanäle (K) umfasst, die in den Formelementen zur Ein- und/oder Durchleitung mindestens eines Kühlmediums vorgesehen sind.
Metallische Dauerform nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Laufsystem (L) in die Formelemente eingebracht ist.
Metallische Dauerform nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Formhohlräume und das Laufsystem (L) vor dem Einlassen der Schmelze mit Schutzgas gefüllt sind.
Metallische Dauerform nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Laufsystem (L) einen Schieber zur Abtrennung des Gussteiles (6) im teigigen Zustand der Schmelze aufweist.