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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 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 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 Metallpinolen 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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Die
DE 10 2005 051 561 B3 offenbart ein Verfahren zum Gießen von Zylinderkurbelgehäusen, bei welchem durch gekühlte Pinolen eine rasche und gerichtete Erstarrung der Zylinderwände erreicht und eine gute Oberfläche mit niedriger Porosität erzielt 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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Beim Gießen von Zylinderkurbelgehäusen kann es vorgesehen sein, dass 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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Beispielsweise können bevor oder nachdem die Gießform von dem Gusskörper entfernt wird zunächst die Pinolen einer ersten Gruppe und dann die Pinolen einer weiteren Gruppe aus dem Gusskörper entfernt werden. Hierdurch wird es möglich, dass unter nur geringem zusätzlichen 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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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Gießvorrichtung zum Gießen eines Gusskörpers, insbesondere eines Zylinderkurbelgehäuses, zur Verfügung zu stellen, mittels welchen ein Gusskörper hoher Güte und Qualität bei gleichzeitiger Reduzierung von Ausschuss und Nacharbeit herstellbar ist.
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Die erstgenannte Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren zum Gießen eines Gusskörpers 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 Schmelze gerichtet abgekühlt wird und bei welchem mittels unterschiedlicher Kühlleistung von zumindest zwei unabhängigen Kühlkreisläufen jeder Pinole die Erstarrung des Gusskörpers beeinflusst 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. Weiterhin wird es hierdurch 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 günstig 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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Es kann eine Gießvorrichtung vorgesehen sein, 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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Beispielsweise kann es sein, 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 gelöst mit einer Gießvorrichtung zum Gießen eines Gusskörpers, insbesondere eines Zylinderkurbelgehäuses, gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 3. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
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Erfindungsgemäß ist eine Gießvorrichtung vorgesehen, bei der jede Pinole zumindest zwei unabhängige Kühlkreisläufe aufweist. 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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Dadurch, dass jede Pinole zumindest zwei unabhängige Kühlkreisläufe, insbesondere eine Ringkühlung und eine Spiralkühlung, aufweist, 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
- 1 eine geschnittene, schematische Darstellung einer Gießvorrichtung;
- 2 eine Ansicht eines Gusskörpers, insbesondere eines Zylinderkurbelgehäuses;
- 3 eine schematische Darstellung des Verfahrens zum Entfernen einer Gießform der Gießvorrichtung von dem Gusskörper;
- 4 eine schematische Darstellung des Verfahrens zum Entfernen einer Gießform der Gießvorrichtung von dem Gusskörper;
- 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 Entfernen der Pinolen 4 von dem Zylinderkurbelgehäuse. Dabei zeigen die 3 und 4 jeweils in den Abbildungen A, B und C drei Schritte des Entfernens der Pinolen 4 von dem hier nicht dargestellten Zylinderkurbelgehäuse. Dabei zeigen die Abbildungen 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.