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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines
aus einem Formmaterial gebildeten Eingusskerns, an welchem ein Impfmittelkörper fest
gehalten ist.
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Gusseisen
ist eine Eisen-Kohlenstoff-Legierung mit einem Kohlenstoffgehalt
von in der Regel höher
als 2 %. Im Unterschied zu Stahl ist der Kohlenstoff im Gusseisen
in Form von Graphit ausgeschieden. Die DIN 1693 bzw. die DIN EN
1563 unterscheiden je nach der Graphitgeometrie drei Gusseisensorten:
Gusseisen mit lamellarem Graphit (abgekürzt: GGL oder GJL), Gusseisen
mit vermicularem Graphit (abgekürzt:
GGV oder GJV) und Gusseisen mit Kugelgraphit, auch Sphäroguss genannt
(abgekürzt:
GGG oder GJS).
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Die
einfachste Graugusssorte ist der Lamellenguss GJL, in dem der Graphit
in Form von dünnen unregelmäßigen Plättchen vorliegt.
Diese Lamellen wirken bei Zugbelastung als Kerben, weshalb die Zugfestigkeit
des GJL verhältnismäßig gering
ist. Darüber
hinaus ist die GJL-Sorte ziemlich spröde. Andererseits verleiht der
lamellare Graphit dem Werkstoff eine gute Wärmeleitfähigkeit sowie gute Dämpfungseigenschaften.
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Bessere
mechanische Eigenschaften weist der Sphäroguss GJS auf, in welchem
der Graphit in mehr oder weniger kugelförmiger Form vorliegt. Gusseisen
mit Kugelgraphit weist vorteilhafterweise stahlähnliche mechanische Eigenschaften
auf.
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Wegen
den hervorragenden mechanischen Eigenschaften, der relativ kostengünstigen
Herstellbarkeit sowie guten Bearbeitbarkeit findet GJS eine breite
Verwendung in der Industrie. Etwa 45 bis 50 % der Weltjahresproduktion
an GJS werden für
die Herstellung von Gussteilen für
die Fahrzeugindustrie verbraucht. Insbesondere im Automobilbau werden früher aus
geschmiedetem Stahl hergestellte und geschweißte Fahrzeugteile durch wesentlich
wirtschaftlichere Gussteile aus GJS ersetzt. Insbesondere werden
sogenannte Sicherheitsteile wie Kurbelwellen, Nockenwellen, Pleuel,
Raumlenker, Radnaben, Lkw-Radsterne, Achsbrücken, Schwenklager usw. aus
GJS gefertigt.
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Als
Rohmaterialien für
die Herstellung von GJS, GJL und GJV werden Stahlschrott, Roheisen, Ferrosilizium
und Zusatzstoffe wie Kalk, Koks, Quarz etc. verwendet. Diese Rohmaterialien
werden in einem Ofen chargiert und geschmolzen. Dabei wird während des
Schmelzvorgangs die chemische Zusammensetzung der Schmelze überprüft und je
nach Bedarf durch Zugabe von Legierungen oder von Zusatzstoffen
eingestellt. Vor dem Guss wird die Schmelze dann noch mit Magnesium
behandelt.
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Die
mit Magnesium behandelte Gusseisenschmelze wird dann in der Regel
mittels eines Eingusstümpels
in eine entsprechende Gussform vergossen.
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Ein
Eingusstümpel
ist in der Regel ein auf den Oberkasten von Gussformen aufgesetztes
Behältnis
mit räumlich
getrennter Ein- und
Ablaufstelle und dient dazu, das flüssige Metall aus einer Pfanne zu übernehmen
und es der Gussform zuzuführen. Die
Trennung zwischen Ein- und Ablaufstelle bewirkt, dass sich Schlacke
oder nicht metallische Einschlüsse
an der Tümpeloberfläche ansammeln
können
sowie dass es zur Vermeidung einer Sogwirkung, welche eine vermehrte
Gasaufnahme bewirken könnte, kommt.
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Im
Großguss
eingesetzte Eingusstümpel umfassen
einen aus einem Formmaterial gebildeten, ein Behältnis für die Aufnahme des flüssigen Eisens ausbildenden
Eingusskern, der in der Regel von einem den Eingusskern stützenden
Rahmen aus beispielsweise Metall aufgenommen ist. Der Eingusstümpel für den Großguss kann
neben dem Rahmen ferner mit einer Schlackenscheidewand, die eine Möglichkeit
bietet, Verunreinigungen von dem Eintritt in die Ablaufstelle zurückzuhalten,
sowie mit einem Stopfenverschluss für die Ablaufstelle ausgerüstet sein.
Im Mittelguss eingesetzte Eingusstümpel hingegen umfassen in der
Regel lediglich einen aus einem Formmaterial gebildeten Eingusskern.
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Bei
der Ausgestaltung von Eingusskernen ist im Allgemein darauf zu achten,
dass der Übergang zwischen
dem Boden des Eingusskerns und Gießtrichter durch weiche Konturen
geprägt
ist, so dass eine stets kontinuierliche Strömung in den Gießtrichter
vorhanden ist. Um dies zu gewährleisten,
sollte die Gießleistung
der Pfanne so bemessen sein, dass der Eingusskern stets mit Metall
gefüllt
ist.
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Zur
Erreichung optimaler Werkstoffeigenschaften und einer hohen metallurgischen
Qualität müssen jedoch
sowohl die GJS-, die GJV- als auch die GJL-Gusseisenschmelzen vor
dem Vergießen oder
während
des Gießens
geimpft werden. Durch die Impfung werden Kristallisationskeime geschaffen,
welche für
das Ausscheiden des Graphits aus der Schmelze zwingend erforderlich
sind, wobei unter anderem die Bildung von Zementit unterdrückt wird.
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Unter
den verschiedenen Impfmethoden ist die sogenannte Formimpfung mit
Impfmittelkörpern besonders
wirkungsvoll. Bei der Formimpfung wird die Gusseisenschmelze mit
Impfmittel versetzt, indem die Schmelze über einen Eingusstümpel mit
Eingusskern, an dessen Boden ein Impfmittelkörper fixiert ist, in die Form
vergossen wird. Die durch den Eingusskern hindurch fließende Eisenschmelze
löst den
Impfmittelkörper
stetig auf und wird dadurch mit dessen Inhaltsstoffen geimpft. Insbesondere
im Mittel- und Großguss
ist die Anwendung dieser Methode sehr wirkungsvoll und daher sehr
verbreitet.
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Impfmittelkörper sind
Körper,
die aus Impfmittel bestehen oder Impfmittel enthalten. Sie werden im
Handel in der Regel als Formkörper
angeboten und weisen je nach Einsatzzweck verschiedene Formen und
Abmessungen auf. Beispiele für
Impfmittelkörper
sind unter anderem so genannte Impflinge, die unter den Markenbezeichnungen
Germalloy® oder Optigran® vertrieben
werden und auf einer Eisen/Silizium-Legierung basieren.
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Eine
wesentliche Voraussetzung für
die Anwendung des Formimpfens ist, dass ein durch seine geringe
Dichte bewirktes Aufschwimmen des Impfmittelkörpers im flüssigen Eisen während des
Gusses verhindert wird, da sich ansonsten der Impfmittelkörper im
Eisen nicht löst
und die beabsichtigte Impfwirkung daher nicht eintritt. Aus diesem
Grund muss eine sichere Befestigung des Impfmittelkörpers im Eingusskern
gewährleistet
sein.
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Im
Großguss
werden zur sicheren Befestigung der Impfmittelkörper im und am Eingusstümpel in
die Böden
der manuell ausgebildeten Eingusstümpel die Impfmittelkörper von
Hand teilweise eingebettet.
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Im
Mittelguss dagegen werden als Eingusstümpel häufig fertig ausgebildete und
ausgehärtete Eingusskerne
verwendet, die vorzugsweise auf Kern-Schießmaschinen hergestellt worden
sind. Das Problem beim Einsatz von fertig ausgebildeten Eingusskernen
ist, dass eine ausreichende Sicherung der Impfmittelkörper gegen
ein Aufschwimmen derselben nachträglich so gut wie nicht gegeben
ist. Es gibt zwar Bemühungen,
die Impfmittelkörper
nachträglich
beispielsweise mittels Klebemittel am Eingusskern zu befestigen.
Die eingesetzten Klebemittel halten den hohen Temperaturen beim
Gießvorgang jedoch
nur kurzzeitig Stand, so dass eine sichere Befestigung des Impfmittelkörpers am
Eingusskern über
den gesamten Gießvorgang
hinweg nicht gewährleistet
werden kann.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren bereitzustellen,
mittels welchem sich auf fertigungstechnisch einfache und damit
kostengünstige
Weise aus einem Formmaterial gebildete Eingusskerne herstellen lassen,
an welchem ein Impfmittelkörper
sicher befestigt ist.
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Diese
Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren der gattungsgemäßen Art
durch ein Verfahren gelöst,
welches die nachfolgenden Schritte umfasst:
- a)
das Einbringen des Impfmittelskörpers
in einen Kernkasten;
- b) das Einfüllen
des Formmaterials in den Kernkasten, wobei der Impfmittelkörper von
dem Formmaterial teilweise eingebettet wird;
- c) das Aushärten
des Formmaterials.
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Es
wurde festgestellt, dass ein Impfmittelkörper an einem Eingusskern sicher
befestigt werden kann, indem der Impfmittelkörper in den Kernkasten für den Eingusskern
eingebracht wird, das Formmaterial in den Kernkasten eingefüllt wird,
wobei der Impfmittelkörper
von dem Formmaterial nur teilweise eingebettet wird, und das Formmaterial
ausgehärtet wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren
liefert Eingusskerne, an welchen die Impfmittelkörper durch teilweises einbetten
in das Formmaterial gegen ein Aufschwimmen während des Gießvorgangs
gesichert sind und welche eine sichere Anwendung des Formimpfung-Verfahrens
erlauben.
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Darüber hinaus
ist gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren
ein manuelles teilweises einbetten des Impfmittelskörpers in
den Eingusskern oder ein nachträgliches
befestigen des Impfmittelkörpers an
einem bereits fertig ausgebildeten Eingusskern nicht mehr notwendig.
Das erfindungsgemäße Verfahren
kann vielmehr vollautomatisch durchgeführt werden, weshalb mittels
des erfindungsgemäßen Verfahrens
entsprechende Eingusskerne besonders kostengünstig herstellbar sind.
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Unter
einen Kernkasten wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung wie in
der Gießereitechnik ein
ein- oder mehrteiliges Formwerkzeug zum Ausformen von Kernen und Kernformen,
z.B. mittels Kernformmaschinen nach den gebräuchlichen Kernformverfahren,
verstanden. In der Regel ist ein Kernkasten eine mehrteilige Form,
der nach dem Öffnen der
abgeformte Formkörper
entnommen werden kann.
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Um
einen besonders sicheren Halt des Impfmittelkörpers am Eingusskern zu bewerkstelligen, wird
der Impfmittelkörper
am Eingusskern vorzugsweise fixiert.
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Mittels
des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen
sich insbesondere qualitativ hochwertige Eingusskerne mit Impfmittelkörpern für den Einsatz
im Mittelguss herstellen. Gemäß einer
weiter bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
kann es daher vorgesehen sein, dass der Eingusskern sowie der Impfmittelkörper Abmessungen
aufweisen, die für
den Mittelguss geeignet und typisch sind. Entsprechende Abmessungen
sind im Stand der Technik hinlänglich
beschrieben und dem Fachmann bekannt.
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Als
Formmaterial zur Ausbildung des Eingusskerns kann in der Regel jedes
im Stand der Technik beschriebene Formmaterial eingesetzt werden,
welches den beim Gießvorgang
auftretenden Bedingungen genügt.
Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist das Formmaterial ein mit einem Bindemittel versetzter Sand,
wobei das Bindemittel sowohl anorganischer als auch organischer
Natur sein kann. Sand/Bindemittel-Gemische lassen sich sehr gut
zu Formkörpern
wie Eingusskerne verarbeiten und in ihnen teilweise eingebettete
Impfmittelkörper
werden in den entsprechenden ausgehärteten Gemischen sehr fest
gehalten.
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Der
in das erfindungsgemäße Verfahren
einzusetzende Impfmittelkörper
kann in der Regel eine beliebige äußere Form aufweisen. So kann
der Impfmittelkörper
beispielsweise einen quadratischen, rechteckigen, dreieckigen, trapezförmigen,
parallelogrammförmigen,
kreisförmigen
oder sechseckigen Querschnitt aufweisen oder beispielsweise als
Kugel, Pyramide, Zylinder, Kegel, Würfel oder Quader ausgebildet
sein. Zur weiteren Verbesserung des Haltes des Impfmittelkörpers an
dem Eingusskern kann ferner vorgesehen sein, dass der in das Formmaterial einzubettende
Teil des Impfmittelkörpers
beispielsweise mit einer Riffelung, mit Zapfen oder mit einer angerauten
Oberfläche
versehen ist.
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Vorzugsweise
weist der Impfmittelkörper eine äußere Form
auf, die bei entsprechender Einbettung des Köpers zur Ausbildung einer oder
mehrerer Hinterschneidungen im Formmaterial führt. Dadurch wird ein besonders
fester Halt des Impfmittelkörpers
am Eingusskern gewährleistet,
wobei der Körper
dem ausgehärteten
Eingusskern in diesem Fall nur dann entnommen werden kann, wenn
der letztere aufgebrochen wird.
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Gemäß einer
weiter bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
weist der Impfmittelkörper
einen dreieckigen oder trapezförmigen
Querschnitt auf oder ist in Form einer Pyramide oder eines Kegels
ausgebildet. Weist der Impfmittelkörper beispielsweise einen trapezförmigen Querschnitt
auf, so ist der Körper
derart in das Formmaterial einzubetten, dass die breitere der beiden seiner
parallel zueinander ausgerichteten Grundseiten dem Eingusskernboden
entgegengerichtet ist. Eine derartige Anordnung führt in dem
Formmaterial zur Ausbildung zweier einander gegenüberliegender Hinterschneidungen,
die vom Impfmittelkörper
hintergriffen werden und so einen festen Halt des Impfmittelkörpers am
Eingusskern garantieren.
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Entsprechend
einer weiteren Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird der Impfmittelkörper
in dem Eingusskern teilweise eingebettet, und zwar formschlüssig. Dadurch
wird neben einem festen Halt des Impfmittelkörpers am Eingusskern gewährleistet,
das beim Einsatz des aus dem erfindungsgemäßen Verfahren resultierenden
Eingusskerns zwischen Impfmittelkörper und angrenzendem Formmaterial
kein flüssiges
Eisen eintreten kann, welches ein Auflösen des Impfmittelkörpers im
Einbettungsbereich und eine damit einhergehende Lockerung und ein
Aufschwimmen des Impfmittelkörpers
bewirken könnte.
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Es
kann bevorzugt sein, dass der Impfmittelkörper nach dem Einbringen in
den Kernkasten und vor dem Einfüllen
des Formmaterials lösbar
fixiert wird, vorzugsweise am Kernkasten. Dadurch wird gewährleistet,
dass an dem aus dem erfindungsgemäßen Verfahren resultierenden
Eingusskern, unabhängig
von der Art und Weise wie das Formmaterial in den Kernkasten eingefüllt wird,
der Impfmittelkörper in
der gewünschten
Position angeordnet ist.
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Ferner
kann es bevorzugt sein, dass das Einfüllen des Formmaterials in den
Kernkasten unter einem hohen Druck erfolgt. Das Einfüllen des
Formmaterials in den Kernkasten unter hohem Druck bewirkt eine hohe
Verdichtung des Formmaterials, wodurch ein sehr guter Halt des Impfmittelkörpers am
Eingusskern gewährleistet
wird.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ferner einen Kernkasten zur Herstellung
eines aus einem Formmaterial gebildeten Eingusskerns, an welchem ein
Impfmittelkörper
durch teilweises Einbetten in das Formmaterial des Eingusskerns
fest gehalten ist, wobei der Kernkasten mit einer Halterung versehen
ist, mittels welcher der Impfmittelkörper fest und/oder derart positionierbar
ist, dass der Impfmittelkörper teilweise
in das Formmaterial einbettbar ist.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Kernkastens
ist die Halterung als Aufnahme ausgestaltet, welche den nicht einzubettenden
Teil des Impfmittelkörpers
formschlüssig
aufnehmen kann.
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Weiter
kann es bevorzugt sein, wenn der Kernkasten mit einer Fixierungseinrichtung
versehen ist zum lösbaren
Fixieren des Impfmittelkörpers
in dem und vorzugsweise am Kernkasten.
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Die
Erfindung betrifft ferner einen Eingusskern, hergestellt gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren
oder hergestellt unter Verwendung des erfindungsgemäßen Kernkastens.
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Die
Zeichnung dient im Zusammenhang mit der nachfolgenden Beschreibung
der Erläuterung
der Erfindung. Es zeigen:
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1:
Schematische Darstellung eines bekannten Eingusstümpels für den Großguss mit
Impfmittelkörper
A) im Querschnitt; B) in Draufsicht;
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2:
Schematische Darstellung eines mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens
hergestellten Eingusskerns für
den Mittelguss mit Impfmittelkörper
A) im Querschnitt; B) in Draufsicht;
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3:
Schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kernkastens
im Querschnitt A) ohne und B) mit eingelegtem Impfmittelkörper.
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In
der 1 ist ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 belegter,
manuell hergestellter Eingusstümpel
für den
Großguss
gezeigt, wie er aus dem Stand der Technik bekannt ist. Der Eingusstümpel 10 umfasst
einen aus einem Sand/Bindemittelgemisch-Gemisch als Formmaterial
gebildeten Eingusskern 15, der in einen Rahmen 35 aus
Metall aufgenommen ist. In den Boden des Eingusskerns 15 ist ein
Impfmittelblock 20 als Impfmittelkörper eingebettet sowie ein
Ablauf 25 für
flüssiges
Metall angeordnet.
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Der
Eingusstümpel 10 ist
mit einer Schlackenscheidewand 21 ausgerüstet, die
eine Möglichkeit
bietet, Verunreinigungen von dem Eintritt in den Ablauf 25 zurückzuhalten.
Der Eingusstümpel 10 ist ferner
am Ablauf 25 mit einem Stopfenverschluss 30 versehen,
der erst bei gefülltem
Tümpel
geöffnet wird.
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In
der 2 ist ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 100 belegter
Eingusstümpel
für den
Mittelguss gezeigt. Der Eingusstümpel 100 umfasst
einen aus einem Sand/Bindemittelgemisch-Gemisch als Formmaterial
gebildeten Eingusskern 115, in dessen Boden ein Impfmittelblock 120 als
Impfmittelkörper
eingebettet sowie ein Ablauf 125 für flüssiges Metall angeordnet ist.
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Der
Eingusstümpel 100 bzw.
der Eingusskern 115 mit dem Impfmittelblock 120 und
dem Ablauf 125 wurde mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens
unter Verwendung der in der 3 dargestellten
Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Kernkastens 150 hergestellt.
Zur Herstellung des Eingusskerns 115 mit Impfmittelblock 120 wurde
zunächst
in die trapezförmige
Aufnahme 155 als Halterung der Impfmittelblock 120 eingelegt.
Die Aufnahme 155 und der Impfmittelblock 120 weisen
dabei derartige Abmessungen auf, dass der die schmale Grundfläche des
Impfmittelblocks 120 umfassende Abschnitt 122 formschlüssig in
die Aufnahme 155 eingreift, während der die breite Grundfläche des Impfmittelblocks 120 umfassende
Abschnitt 124 frei in den mit Sand/Bindemittelgemisch-Gemisch
zu füllenden
Raum 160 hineinragt.
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Danach
wurde in den Raum 160 des Kernkastens 150 ein
Sand/Bindemittelgemisch-Gemisch mittels einer Kern-Schießmaschine
eingefüllt.
Bei dem Füllvorgang
wurde der Abschnitt 124 des Impfmittelblocks 120 in
das Gemisch eingebettet. Die Einbettung des Abschnitts 124 führt zur
Ausbildung zweier einander gegenüberliegender
Hinterschneidungen in dem ausgehärteten
Sand/Bindemittel-Gemisch,
die von entsprechenden Teilen des Abschnittes 124 des Impfmittelblocks 120 hintergriffen
werden und so einen festen Halt des Impfmittelblocks 120 am Eingusskern 115 garantieren.
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Nach
dem Füllvorgang
wurde das Sand/Bindemittelgemisch-Gemisch ausgehärtet und der Eingusskern 115 wurde
entformt.