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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gießen eines Gusskörpers,
insbesondere eines Zylinderkurbelgehäuses, wobei eine Schmelze
in eine Füllkammer einer Gießvorrichtung, bestehend
aus einer Gießform mit mehreren Pinolen, eingebracht wird
und abschließend die Gießvorrichtung von der erstarrten,
den Gusskörper oder das Zylinderkurbelgehäuse
bildenden Schmelze entfernt wird und ein Verfahren zum Gießen
eines Gusskörpers, insbesondere eines Zylinderkurbelgehäuses,
wobei eine Schmelze in eine Füllkammer einer Gießvorrichtung, bestehend
aus einer Gießform mit mehreren Pinolen, eingebracht wird
und die Schmelze in der Gießvorrichtung bis zur Erstarrung
abgekühlt wird.
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Weiterhin
betrifft die Erfindung eine Gießvorrichtung zum Gießen
eines Gusskörpers, insbesondere eines Zylinderkurbelgehäuses,
mit einer Gießform, die mehrere Pinolen aufweist, und eine
Gießvorrichtung zum Gießen eines Gusskörpers,
insbesondere eines Zylinderkurbelgehäuses, mit einer Gießform,
die einen regelbaren Kühlkreislauf und mehrere Pinolen
aufweist, wobei jede Pinole einen von einem Kühlmittel
zur Kühlung des Gusskörpers durchströmbaren
Hohlraum aufweist.
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Ein
Verfahren und eine Vorrichtung der genannten Art ist aus der
DE 10 2005 018 200
A1 bekannt. Diese Druckschrift beschreibt ein Verfahren zum
Gießen von Monoblock-Zylinderkurbelgehäusen und
eine Druckgießanlage zur Durchführung des Verfahrens.
Bei dem beschriebenen Verfahren wird eine Legierungsschmelze in
eine Form einer Druckgießmaschine über eine Gießrinne
eingebracht, wobei die Form als Metalipinolen ausgebildete, flüssigkeitsgekühlte
Zylinderkerne aufweist. Die Kühlung der Metallpinolen ist
als Wasserspiralendurchlaufkühlung ausgeführt.
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Es
ist weiterhin durch die
DE 10 2006 001 946 A1 bekannt, einen Zylindereinleger,
in dem zumindest ein Hohlraum ausgebildet ist, mit einem ein Zylindergehäuse
bildenden Umgusswerkstoff zu umgießen, wobei während
des Gießvorgangs ein Hohlraum des Zylindereinlegers von
einem Kühlmittel durchströmt wird.
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Beim
Gießen wird flüssiges Metall, die Schmelze, in
eine Gießform gefüllt. Anschließend ist es
wichtig, eine gerichtete Erstarrung der Schmelze zu gewährleisten,
damit sich ein homogenes Metallgefüge ohne Lunker und Einfallstellen
einstellt. Um bestimmte Formkonturen, beispielsweise Zylinder, abbilden
zu können, werden so genannte Pinolen verwendet. Pinolen
sind zylinderförmige Einsätze einer Gießvorrichtung,
die meist gekühlt werden müssen, um eine zu starke
Aufheizung der meist dünnen, langen Geometrie der Pinolen
zu verhindern. Gussfehler wie Lunker und Heißrisse sind
die Folge einer starken Aufheizung im Gussteil. Dabei sind Lunker Hohlräume,
die auf Grund der Volumenschwindung während der Abkühlung
im Bauteil entstehen; Heißrisse entstehen in der Endphase
der Erstarrung nahe der Solidustemperatur durch Spannungen im Gusskörper.
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Die
Versorgung der einzelnen Pinolen mit Kühlmittel erfolgt
in der Regel mittels zwei Rohren für den getrennten Zu-
und Abfluss oder über koaxiale Rohre. Die Kühlung
bewirkt ein Aufschrumpfen des Gussmaterials auf die Pinolen. Zum
Herausziehen der Pinolen aus dem Gusskörper sind große
Kräfte erforderlich. Dabei sind häufig Beschädigungen
des Gussteils festzustellen. Um Ausschuss und Nacharbeit an dem
Zylinderkurbelgehäuse zu vermeiden und den Qualitätsanforderungen
gerecht zu werden, werden die Zylinderkurbelgehäuse entsprechend
robust dimensioniert. Nachteilig ist hierbei, dass solche Zylinderkurbelgehäuse
ein unnötig hohes Gewicht aufweisen. Um eine höhere
Produktionsleistung mit der Gießvorrichtung zu erreichen,
wird die Gießform regelmäßig vor der
vollständigen Abkühlung des Zylinderkurbelgehäuses
von diesem entfernt. So steht die Gießvorrichtung schneller
wieder zur Produktion eines weiteren Zylinderkurbelgehäuses
zur Verfügung. Jedoch ist das noch nicht vollständig
abgekühlte Zylinderkurbelgehäuse anfälliger
für Beschädigungen, insbesondere beim Ausformen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zum Gießen
eines Gusskörpers, insbesondere eines Zylinderkurbelgehäuses,
derart auszuführen, dass ein Zylinderkurbelgehäuse
hoher Güte und Qualität hergestellt wird, welches
bei gleichzeitiger Reduzierung von Ausschuss und Nacharbeit ein
geringeres Gewicht aufweist.
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Der
Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zu Grunde, eine Gießvorrichtung
zum Gießen eines Gusskörpers, insbesondere eines
Zylinderkurbelgehäuses, zu schaffen, welche die Herstellung
eines Zylinderkurbelgehäuses von hoher Güte und
Qualität in kurzen Taktzeiten ermöglicht.
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Die
erstgenannte Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren zum
Gießen eines Zylinderkurbelgehäuses gemäß den
Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen
besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
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Erfindungsgemäß ist
ein Verfahren vorgesehen, bei dem die Pinolen aufeinander folgend und/oder
gleichzeitig aus dem Gusskörper entfernt werden. Hierdurch
wird es möglich, dass die für das Herausziehen
der Pinolen aus dem Zylinderkurbelgehäuse benötigten
Kräfte minimierbar sind, wodurch das Material des Zylinderkurbelgehäuses
geschont wird, was Ausschuss und Nacharbeit reduziert.
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Als
günstig hat es sich herausgestellt, dass bevor oder nachdem
die Gießform von dem Gusskörper entfernt wird,
zunächst die Pinolen einer ersten Gruppe, dann die Pinolen
einer weiteren Gruppe aus dem Gusskörper entfernt werden.
Hierdurch wird es möglich, dass unter nur geringem zusätzlichem
Zeitbedarf für das Ausformen die Pinolen mit einem geringeren
Kraftaufwand als nach dem Stand der Technik üblich, aus
dem Zylinderkurbelgehäuse entfernt werden können.
Die Gießvorrichtung kann kleiner gebaut werden und für
den kompletten Pinolenzug ergibt sich ein deutlicher Gewichts- und
Bauraumvorteil. Hierdurch wird die Handhabung der Gießvorrichtung
vereinfacht und erleichtert, das Verfahren ist wirtschaftlicher.
Eine besonders materialschonende Ausgestaltung des Verfahrens ist
es, die jeweils benachbarten Pinolen nacheinander von dem Gusskörper
zu entfernen. Günstig ist es auch, dass symmetrisch zueinander
angeordnete Pinolen gleichzeitig von dem Gusskörper entfernt
werden können. Hierdurch wird es möglich, beim
Entfernen der Gießform von dem Gusskörper ein
Verkanten einzelner Pinolen und/oder der Gießform in dem
Gusskörper zu vermeiden.
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Erfindungsgemäß ist
weiterhin ein Verfahren vorgesehen, bei dem die Schmelze gerichtet
abgekühlt wird. Hierdurch wird es möglich, dass
die Wärme aus dem Gusskörper geführt
werden kann, ohne dass in dem Gusskörper starke Spannungen
auftreten. Eine besondere Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor,
dass die Erstarrung der Schmelze zuerst im Inneren des Gusskörpers
herbeigeführt wird. Eine andere Ausgestaltung des Verfahrens
sieht vor, dass die Erstarrung von einem Bereich des Gusskörpers gerichtet
zu einem Speiser erfolgt, insbesondere ausgehend von einem Rand
der Zylinderfläche in Opposition zu dem Speiser.
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Günstig
ist es, dass mittels unterschiedlicher Kühlleistung von
zumindest zwei unabhängigen Kühlkreisläufen
die Erstarrung des Gusskörpers beeinflusst wird. Hierdurch
wird es möglich, dass der Gusskörper und das Zylinderkurbelgehäuse
gezielt gekühlt werden können. Dadurch kann auf
den Erstarrungsprozess direkt Einfluss genommen werden. Heißrisse
und/oder Lunker sind somit vermeidbarer. Dabei ist es günstig,
dass die Kühlleistung jedes Kühlkreislaufs mittels
einer individuellen Regelung des Volumenstroms eines Kühlmittels,
der Betriebsdauer des Kühlkreislaufs und/oder der Temperatur des
Kühlmittels eingestellt wird.
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Vorteilhaft
ist es, dass lokal begrenzte Bereiche des Gusskörpers,
insbesondere ein Zylinderrand, besonders intensiv und/oder zu einem
bestimmten Zeitpunkt der Erstarrung des Gusskörpers gekühlt
werden. Hierdurch wird es möglich, dass die Pinolen nach
der Erstarrung des Gusskörpers leicht und ohne Beschädigung
des Gusskörpers entfernt werden können. Durch
die intensive Kühlung direkt an der formbildenden Kontur
der Pinole kann einem Aufschrumpfen des Gusskörpers auf
die Pinole entgegengewirkt werden. Dies erleichtert das spätere Entfernen
der Pinole vom erstarrten Gusskörper.
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Für
das Entfernen der Pinolen nach der Erstarrung des Zylinderkurbelgehäuses
hat es sich als günsitg herausgestellt, dass das Zylinderkurbelgehäuse,
insbesondere der Zylinderrand, mittels eines Kühlkreislaufs,
der Ringkühlung, gekühlt wird. Hierdurch wird
es möglich, dass mit der Kühlung des Zylinderrands
zu einem anderen Zeitpunkt begonnen werden kann als mit der Kühlung
der Zylinderfläche. Auch wird es möglich, dass
die Kühlung des Zylinderrands mit einer anderen Intensität
durchgeführt wird als die Kühlung der Zylinderfläche.
Dabei ist es günstig, dass mittels der unterschiedlichen
Kühlkreisläufe jeder Pinole, bevor die Schmelze
im Inneren des Zylinderkurbelgehäuses an der Zylinderfläche
erstarrt, die Erstarrung der Schmelze an dem Zylinderrand des Zylinderkurbelgehäuses
herbeigeführt wird. Hierdurch wird es möglich,
dass der Zylinderrand zum Zeitpunkt des Ausformens stärker
abgekühlt ist als das restliche Zylinderkurbelgehäuse,
sodass beim Entfernen der Pinolen dieser Bereich gegenüber
mechanischen Einflüssen und/oder Beschädigungen beständiger
ist. Dies ist besonders dann von Vorteil, wenn das Zylinderkurbelgehäuse
zu einem Zeitpunkt ausgeformt wird, zu dem es zwar erstarrt ist,
aber noch eine hohe Temperatur aufweist.
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Die
zweitgenannte Aufgabe wird gelöst mit einer Gießvorrichtung
zum Gießen eines Gusskörpers, insbesondere eines
Zylinderkurbelgehäuses, gemäß den Merkmalen
des Patentanspruchs 9. Die Unteransprüche betreffen besonders
zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
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Erfindungsgemäß ist
eine Gießvorrichtung vorgesehen, bei der die Pinolen in
der Gießform unabhängig voneinander beweglich
sind. Hierdurch ist es möglich, dass die Pinolen nacheinander
aus dem Gusskörper entfernt werden. Durch dass selektive Entfernen
der Pinolen von dem Gusskörper wird für des Entfernen
der Gießform eine geringere Kraft benötigt. Darüber
hinaus schont das sukzessive Entfernen der Pinolen aus dem Gusskörper
das Material des Zylinderkurbelgehäuses, was Ausschuss
und Nacharbeit reduziert.
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Günstig
ist es, dass mehrere, jeweils einer Gruppe zugeordnete Pinolen gleichzeitig
beweglich sind. Dabei hat es sich als praktisch herausgestellt, dass
die jeweils benachbarten Pinolen unterschiedlichen Gruppen zugeordnet
sind. Hierdurch ist es möglich, bei kurzen Taktzeiten Zylinderkurbelgehäuse
mit hoher Güte und Qualität zu fertigen. Hierdurch ist
es möglich, dass symmetrisch zueinander angeordnete Pinolen
gleichzeitig von dem Gusskörper entfernbar sind. So ist
ein Verkanten einzelner Pinolen und/oder der Gießform in
dem Gusskörper vermeidbar.
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Eine
Ausführungsform der Gießvorrichtung sieht vor,
dass die Pinole an einer Seite mit einer Abschlussplatte ausgestattet
ist. Vorteilhaft ist es, dass die Abschlussplatte an der Gießform
unbeweglich angeordnet ist. Hierdurch ist es möglich, auf
die Abformung des Zylinderrands gezielt Einfluss zu nehmen.
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Die
zweitgenannte Aufgabe wird weiterhin gelöst mit einer Gießvorrichtung
zum Gießen eines Gusskörpers, insbesondere eines
Zylinderkurbelgehäuses, gemäß den Merkmalen
des Patentanspruchs 12. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige
Weiterbildungen der Erfindung.
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Erfindungsgemäß ist
eine Gießvorrichtung vorgesehen, bei der jede Pinole zumindest
einen separaten Kühlkreislauf hat. Hierdurch ist es möglich, dass
die Kühlung in bestimmten Bereichen des Gusskörpers
unterschiedlich intensiv durchgeführt wird und/oder zu
unterschiedlichen Zeitpunkten beginnt und/oder endet. Hierdurch
ist es möglich, der Erstarrung des Gusskörpers
eine gezielte Richtung aufzuprägen. So kann die Wärme
aus dem Gusskörper geführt werden, ohne dass in
dem Gusskörper Spannungen auftreten.
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Günstig
ist es, dass jede Pinole zumindest zwei unabhängige Kühlkreisläufe,
insbesondere eine Ringkühlung und eine Spiralkühlung,
aufweist. Hierdurch wird es möglich, die Erstarrung des
Gusskörpers zu beeinflussen und somit die Güte
und Qualität des Zylinderkurbelgehäuses einzustellen.
Außerdem ist es möglich, dass bestimmte Bereiche
des Zylinderkurbelgehäuses entsprechend ihrer Geometrie und
der dort gewünschten Kühlleistung gezielt kühlbar
sind. Hierdurch ist es außerdem möglich, dass mit
der Kühlung des Zylinderrands zu einem anderen Zeitpunkt
begonnen werden kann als mit der Kühlung der Zylinderfläche.
Dabei kann die Kühlung des Zylinderrands mit einer anderen
Intensität durchgeführt werden als die Kühlung
der Zylinderfläche. Günstig ist es, dass mittels
der unterschiedlichen Kühlkreisläufe jeder Pinole
die Erstarrung der Schmelze an dem Zylinderrand des Zylinderkurbelgehäuses
herbeigeführt wird bevor die Schmelze im Inneren des Zylinderkurbelgehäuses
an der Zylinderfläche erstarrt. Hierdurch wird ein Aufschrumpfen
der Schmelze auf die Pinole vermieden und die Gießform
lässt sich leichter von dem Gusskörper entfernen.
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Vorteilhaft
ist es, dass der Gusskörper, insbesondere eine Zylinderfläche,
mittels eines als Spiralkühlung ausgebildeten ersten Kühlkreislaufs
kühlbar ist. Dabei ist es günstig, dass die Spiralkühlung im
Inneren der Pinole an der Wand der Pinole angeordnet ist. Hierdurch
ist es möglich, gezielt die Zylinderfläche zu
kühlen.
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Vorteilhaft
ist es, dass der Gusskörper, insbesondere ein Zylinderrand,
mittels eines als Ringkühlung ausgebildeten zweiten Kühlkreislaufs
kühlbar ist. Hierdurch wird es möglich, dass der
Zylinderrand zum Zeitpunkt des Ausformens stärker abgekühlt
ist als das restliche Zylinderkurbelgehäuse, sodass beim
Entfernen der Pinolen dieser Bereich gegenüber mechanischen
Einflüssen und/oder Beschädigungen beständiger
ist. Dies ist besonders dann von Vorteil, wenn das Zylinderkurbelgehäuse
zu einem Zeitpunkt ausgeformt wird, zu dem es zwar erstarrt ist,
aber noch eine hohe Temperatur aufweist.
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Günstig
ist es, dass die Kühlleistung jedes Kühlkreislaufs
mittels einer individuellen Regelung des Volumenstroms eines Kühlmittels,
die Betriebsdauer des Kühlkreislaufs und/oder die Temperatur des
Kühlmittels einstellbar ist. Hierdurch ist es möglich,
dass einzelne Bereiche des Gusskörpers und des Zylinderkurbelgehäuses
gezielt gekühlt werden können, wobei es möglich
ist, der Erstarrung der Schmelze eine Richtung aufzuprägen.
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Eine
Ausführungsform der Gießvorrichtung sieht vor,
dass die Pinole an einer Seite mit einer Abschlussplatte ausgestattet
ist. Dabei ist es Vorteilhaft, dass die Abschlussplatte an der Gießform
unbeweglich angeordnet ist. Hierdurch ist es möglich, beim Entfernen
der Gießform von dem Gusskörper die Pinolen zu
bewegen und gleichzeitig den gegenüber mechanischen Beanspruchungen
(noch) empfindlichen Zylinderrand durch die Abschlussplatte zu schützen.
Ein mögliches Verfahren ist es, die Abschlussplatte erst
von dem Gusskörper zu entfernen, wenn alle Pinolen von
dem Gusskörper entfernt wurden. Eine Ausführungsform
der Gießvorrichtung sieht vor, dass in der Abschlussplatte
ein Kühlkreislauf, insbesondere eine Ringkühlung,
der Pinole angeordnet ist.
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Günstig
ist es, dass mehrere Pinolen eine gemeinsame Abschlussplatte mit
zumindest einem Kühlkreislauf aufweisen. Hierdurch ist
es möglich, dass die Gießvorrichtung aus weniger
Einzelteilen und damit kostengünstiger und mit geringerem
Wartungsbedarf ausgeführt werden kann.
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Als
aussichtsreich hat es sich erwiesen, dass die Spiralkühlung
in der Pinole als ein spindel-, wendel-, schrauben-, helix- und/oder
schneckenförmiger Hohlraum ausgebildet ist. Hierdurch ist
es möglich, eine große Wärmemenge dem
Gusskörper zu entziehen, indem eine große Menge
Kühlmittel in kurzer Zeit die Pinole durchströmt.
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Die
Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu.
Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in
der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese
zeigt in
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1 eine
geschnittene, schematische Darstellung einer Gießvorrichtung;
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2 eine
Ansicht eines Gusskörpers, insbesondere eines Zylinderkurbelgehäuses;
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3 eine
schematische Darstellung des Verfahrens zum Entfernen einer Gießform
der Gießvorrichtung von dem Gusskörper;
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4 eine
schematische Darstellung des Verfahrens zum Entfernen einer Gießform
der Gießvorrichtung von dem Gusskörper;
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5 eine
teilweise geschnittene, schematische Darstellung eines Ausschnitts
der Gießvorrichtung und der Gießform.
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1 zeigt
eine Gießvorrichtung 2 mit einer Gießform 3 zum
Gießen eines Gusskörpers 1, insbesondere
eines Zylinderkurbelgehäuses. Die Gießform 3 der
Gießvorrichtung 2 umfasst Pinolen 4.
Die Pinolen 4 sind zylindrische Körper, die nach
dem Gießen von dem Gusskörper 1 entfernt
werden. An der Stelle der Pinolen 4 weist der Gusskörper 1 dann Aussparungen
auf. Diese Aussparungen bilden bei einem Zylinderkurbelgehäuse
beispielsweise den Zylinderraum. Die Pinolen 4 sind in
der Gießvorrichtung 2 beweglich angeordnet. Zwischen
dem Gusskörper 1 und der Gießvorrichtung 2 weist
die Gießform 3 eine Abschlussplatte 9 auf.
Mittels der Abschlussplatte 9 wird beim Gießen
ein in 2 dargestellter Zylinderrand 8 geformt.
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2 zeigt
den Gusskörper 1 nach dem Entfernen der Gießform.
Mittels der Gießform wurden eine Zylinderfläche 7 und
der Zylinderrand 8 geformt. Dabei wird die Form des Zylinderrands 8 mittels
der Abschlussplatte bestimmt. Die Pinole der Gießform bestimmt
die Form der Zylinderfläche 7.
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3 und 4 zeigen
das erfindungsgemäße Entfernen der Pinolen 4 von
dem Zylinderkurbelgehäuse. Dabei zeigen die 3 und 4 jeweils
in den Abbildung A, B und C drei Schritte des Entfernens der Pinolen 4 von
dem hier nicht dargestellten Zylinderkurbelgehäuse. Dabei
zeigen die Abbildung A wie jeweils drei Pinolen während
des Gießens in der Gießvorrichtung 2 positioniert
sind. Nach dem Abkühlen des Zylinderkurbelgehäuses
werden die Pinolen 4 einzeln oder in Gruppen unabhängig voneinander
in der Gießvorrichtung 2 bewegt, wie es in den
Abbildungen B dargestellt ist. In 3, Abbildung
B werden zunächst die beiden äußeren
Pinolen 4 von dem Zylinderkurbelgehäuse entfernt,
später dann die mittlere Pinole 4, wie Abbildung
C zeigt. In der 4, Abbildung B wird zunächst
die mittlere Pinole 4 von dem Zylinderkurbelgehäuse
entfernt, später dann die beiden äußeren
Pinolen 4, wie Abbildung C zeigt. Die Bewegungsrichtung
der Pinolen 4 beim Entfernen von dem Zylinderkurbelgehäuse
ist in beiden Figuren durch den Pfeil 10 dargestellt.
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5 zeigt
einen Ausschnitt der Gießvorrichtung 2 mit der
Gießform 3. Die teilweise geschnittene Darstellung
der Gießform 3 stellt das Innere einer Pinole 4 und
der Abschlussplatte 9 dar. Die Pinole 4 und die
Abschlussplatte 9 weisen in ihrem Inneren einen Hohlraum
auf, der von einer Kühlflüssigkeit durchströmbar
ist. Der Hohlraum der Abschlussplatte 9 bildet einen als
Ringkühlung 5 ausgebildeten Kühlkreislauf.
In dem Hohlraum der Pinole 4 ist ein Wendelkörper 11 angeordnet.
Der Wendelkörper 11 hat einen als Rohr 12 ausgebildeten
Kern. Gemeinsam mit dem Wendelkörper 11 bildet
der Hohlraum der Pinole 4 einen als Spiralkühlung 6 ausgebildeten
Kühlkreislauf. Bei der Spiralkühlung 6 wird
dem Kühlmittel entlang der Außenbereiche der Pinole 4 eine
schraubenförmige Bewegungsbahn 13 aufgezwungen. Durch
die schraubenförmige Bewegungsbahn 13 verweilt
das Kühlmittel lange an den Außenbereichen der
Pinole 4 und kann dem Gusskörper eine große Menge
Wärme entziehen. Durch das Rohr 12 wird der Spiralkühlung 6 frisches
Kühlmittel zugeführt. Die beiden Kühlkreisläufe
Spiralkühlung 6 und Ringkühlung 5 sind
unabhängig voneinander und werden jeweils über
eigene Zuleitungen 14 und Ableitungen 15 mit Kühlmittel
versorgt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005018200
A1 [0003]
- - DE 102006001946 A1 [0004]