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Die Erfindung betrifft einen Kernkasten zum Herstellen von Gießkernen aus einem durch Wärmezufuhr verfestigenden Formstoff, umfassend mindestens zwei Kernkastenteile, die gemeinsam die Form der herzustellenden Gießkerne abbilden, und eine Heizeinrichtung zum Beheizen der Kernkastenteile, wobei die Heizeinrichtung mindestens eine Ölleitung aufweist, die in thermischem Kontakt mit mindestens einem der Kernkastenteile steht und an eine Ölversorgung angeschlossen ist, die zum Beheizen des Kernkastenteils die Ölleitung mit einem temperierten Öl speist.
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Kernkästen der hier in Rede stehenden Art werden in Kernschießmaschinen eingesetzt, mit denen Gießkerne für die Herstellung von Gussteilen hergestellt werden. Die Kernkästen umgrenzen dabei mit ihren Kernkastenteilen einen Formhohlraum, dessen Begrenzungsflächen die Kontur des herzustellenden Gießkerns abformen. Der jeweilige Formstoff wird unter Druck in den Formhohlraum des Kernkastens geschossen, so dass ein kompakter Kern entsteht.
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Formstoffe, für deren Verarbeitung ein erfindungsgemäßer Kernkasten insbesondere geeignet ist, sind aus einem Formsand und einem anorganischen Binder sowie optionalen Additiven gemischt.
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Bei der beispielsweise in der
DE 196 32 293 A1 beschriebenen Herstellung von Gießkernen unter Verwendung von so genannten anorganischen Warmbox-Kernsandbindersystemen werden die Kerne im Formhohlraum des Kernkastens durch Wasserentzug verfestigt. Hierzu wird der Formstoffmasse im Kernkasten Wärme zugeführt und die austretende Feuchtigkeit über in die Kernkastenteile eingeformte, in der Regel schlitzartige Öffnungen, in der Fachsprache auch ”Schlitzdüsen” genannt, abgezogen.
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Beschleunigt werden kann dieser Prozess durch Begasung der in den Formhohlraum geschossenen Formstoffmasse mit heißer Luft, die über Einblasöffnungen in den Formhohlraum des Kernkastens geblasen und über die schlitzartigen Öffnungen abgeleitet wird.
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Bei in der Praxis eingesetzten Kernschießmaschinen erfolgt die Wärmezufuhr über die Kernkastenteile, die üblicherweise aus einem ausreichend verschleißfesten und gut wärmeleitfähigen Werkzeugstahl, beispielsweise dem Stahl mit der Werkstoffnummer 1.2343, hergestellt sind. Für die Wärmezufuhr sind in die Kernkastenteile Bohrungen eingebracht, durch die ein ausreichend heißes Öl geleitet wird.
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Ein solches Einbohren der jeweils geradlinig verlaufenden Ölleitungen in das jeweilige Kernkastenteil ist nicht nur herstellungstechnisch aufwändig, sondern schränkt aufgrund des Umstandes, dass die einzelnen Abschnitte der Ölleitung notwendig geradlinig verlaufen müssen, die Möglichkeiten der Gestaltung und Anordnung der im jeweiligen Kernkastenteil benötigten Entlüftungsschlitze ein.
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Vor diesem Hintergrund hat sich die Aufgabe ergeben, einen ölbeheizbaren Kernkasten zu schaffen, der sich mit vermindertem Aufwand herstellen lässt und dabei maximale Freiheiten bei der Gestaltung gewährt.
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Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung einen Kernkasten mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen vor.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben und werden nachfolgend wie der allgemeine Erfindungsgedanke im Einzelnen erläutert.
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In Übereinstimmung mit dem eingangs erläuterten Stand der Technik umfasst auch ein erfindungsgemäßer Kernkasten zum Herstellen von Gießkernen aus einem Formstoff, der aus einem Formsand und einem Binder sowie optionalen Additiven gemischt ist, mindestens zwei Kernkastenteile, die gemeinsam die Form der herzustellenden Gießkerne abbilden, und eine Heizeinrichtung zum Beheizen der Kernkastenteile. Dabei weist die Heizeinrichtung mindestens eine Ölleitung auf, die in thermischem Kontakt mit mindestens einem der Kernkastenteile steht und an eine Ölversorgung angeschlossen ist, die zum Beheizen des Kernkastenteils die Ölleitung mit einem temperierten Öl speist.
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Erfindungsgemäß ist nun mindestens eines der Kernkastenteile in eine die Form der herzustellenden Gießkerne abbildende Konturplatte und eine Heizplatte unterteilt, in der die Ölleitung vorgesehen ist, wobei sich die Heizplatte flächig über die Konturplatte erstreckt und an die Konturplatte angekoppelt ist.
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Durch die erfindungsgemäße Aufteilung des Kernkastenteils in eine Konturplatte und eine Heizplatte ist es möglich, sowohl die Konturplatte als auch die Heizplatte jeweils hinsichtlich ihres Verwendungszweck optimiert auszulegen und zu gestalten. Im Vergleich zu konventionellen ölbeheizten Kernkästen, bei denen das heiße Öl durch in das jeweilige Kernkastenteil eingeformte Ölbohrungen geleitet wird, bietet sich bei einem erfindungsgemäßen Kernkasten eine unbegrenzte Gestaltungsfreiheit insbesondere hinsichtlich der Positionierung von Schlitzdüsen bei der Konturplatte. So ist es bei einem erfindungsgemäßen Kernkasten problemlos möglich, beliebig viele Schlitzdüsen so zu positionieren, dass eine schnelle Abfuhr von Feuchtigkeit aus den Gießkernen und damit einhergehend ein beschleunigter Aushärtungsprozess gewährleistet ist. Zudem kann das Konturteil für Verschleißreparaturen leicht demontiert, einer Reparatur beispielsweise durch spanabhebende Bearbeitung oder Schweißen unterzogen und wieder montiert werden. Die Gefahr, dass es dabei zu einer Beschädigung von ölführenden Leitungen kommt oder dass sich bei Schweißarbeiten Restöl entzündet, besteht dabei nicht.
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Die Erfindung ermöglicht so mit einfachen Mitteln die praxisgerechte Nutzung einer Ölheizung für die Temperierung eines Kernkastens. Anders als bei alternativen Erwärmungseinrichtungen, wie beispielsweise einer elektrischen Beheizung, zeichnet sich dabei eine auf einem erwärmten Öl basierende Beheizung der konturgebenden Platten eines erfindungsgemäßen Kernkastens durch eine erhöhte Prozesssicherheit durch geringes Ausfallrisiko und lange Lebensdauer aus. Gleichzeitig sind erfindungsgemäße Kernkästen durch Trennung von Konturplatten und Heizplatten leicht zu reinigen. Insbesondere eignet sich hierzu ein Ultraschallbad, was beispielsweise wegen der Gefahr des Eindringens von Wasser bei einer elektrisch betriebenen Heizung nicht in Frage kommt.
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Grundsätzlich ist es denkbar, die in der Heizplatte vorgesehene Ölleitung als separat vorgefertigte Leitung in ein geeignetes Trägermaterial einzubetten. Die Heizplatte fungiert dann an erster Stelle als Halter und Schutz für die Ölleitung an dem Konturteil. Selbstverständlich wird bei dieser Ausgestaltung die Ölleitung optimalerweise so angeordnet, dass ein unmittelbarer thermischer Kontakt zwischen ihr und der Konturplatte besteht.
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Ebenso ist es denkbar, die Ölleitung in eine Heizplatte einzuformen, die aus einem leicht bearbeitbaren, jedoch ausreichend temperaturbeständigen Material besteht. Hier bieten sich alle modernen Verfahren an, die es erlauben, Leitungen und Hohlräume in einer Materialplatte zu formen. Zum Einsatz kommen könnten hierzu beispielsweise geeignete dreidimensionale Druckverfahren oder desgleichen, die es erlauben, auch komplexe Leitungsverläufe exakt in einem nach Abschluss des Druckvorgangs kompakten Plattenkörper abzubilden.
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Bei einem erfindungsgemäßen Kernkasten bestehen die Konturplatten selbstredend aus einem hoch temperaturleitenden Material, insbesondere einem für diese Zwecke geeigneten und bewährten Werkzeugstahl der oben bereits erwähnten Art. Eine im Hinblick auf die Effizienz der Wärmeübertragung und -verteilung der Wärme auf die Konturplatte ergibt sich dabei dann, wenn die Heizplatte ebenfalls aus einem thermisch gut leitenden Material besteht. Da die Heizplatte jedoch weder hohen mechanischen noch extremen oder wechselnden thermischen Belastungen ausgesetzt ist, reichen hierzu preisgünstige Werkstoffe, wie ein niedrig legierter Stahl oder ein Leichtmetallwerkstoff, insbesondere ein Al-Werkstoff, aus. Insbesondere die Verwendung von Leichtmetallwerkstoffen wirkt sich zudem günstig auf das Gewicht eines erfindungsgemäßen Kernkastens aus.
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Soll die Ölleitung in das Material der Heizplatte eingeformt sein und sollen für das Einformen konventionell einformende, insbesondere spanabhebende Verfahren eingesetzt werden, so erweist es sich in herstellungstechnischer Sicht als vorteilhaft, wenn die Ölleitung nach Art eines Kanals in eine der Seiten der Heizplatte eingeformt ist, die sich parallel zur zugeordneten Konturplatte erstreckt. Der in die betreffende Plattenseite nach Art einer Nut eingeformte Ölkanal ist bei demontierter Heizplatte offen zugänglich und lässt sich daher nicht nur auf einfache Weise in das Material der Heizplatte einformen, sondern auch ebenso einfach reinigen.
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Ist der Ölleitungskanal in die der Konturplatte zugeordnete Seite der Heizplatte eingeformt, so deckt bei fertig montiertem Kernkasten die Konturplatte den Ölleitungskanal an seiner offenen Seite ab. Dabei kann bei geeigneter Abdichtung der Fügefuge zwischen Heizplatte und Konturplatte ein direkter Kontakt zwischen dem warmen Öl und der Konturplatte bestehen.
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Denkbar ist es aber auch, eine gesonderte Dichtungsplatte zwischen der Heizplatte und der Konturplatte anzuordnen, um auf einfache Weise eine sichere Abdichtung zu gewährleisten. Eine solche Abdichtungsplatte kommt zweckmäßigerweise ebenfalls zum Einsatz, wenn die Ölleitung in eine von der Konturplatte abgewandte Seite der Heizplatte eingeformt ist.
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Im Fall, dass eine Dichtungsplatte zwischen Heizplatte und Konturplatte angeordnet wird, besteht diese zweckmäßigerweise aus einem thermisch gut leitenden Material.
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Eine gute Wärmeübertragung von der Heizplatte auf die Konturplatte kann dabei dadurch gewährleistet werden, dass die Konturplatte, die Heizplatte oder die Dichtungsplatte aus einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit λ von mindestens 40 W/(m·K) bestehen, wobei selbstverständlich mindestens diejenige Platte aus einem derart gut leitenden Material bestehen sollte, die gleichzeitig und jeweils direkt mit dem warmen Öl und der Konturplatte in Berührung kommt. Für die erfindungsgemäßen Zwecke ausreichende Wärmeleitfähigkeiten weisen alle eisen- und leichtmetallbasierten Legierungen auf.
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Aufgrund seiner besonderen Gestaltungsmerkmale und der dadurch erzielten Vorteile eignet sich ein erfindungsgemäßer Kernkasten vor allem für Kernherstellungsverfahren, die eine Heißluftbegasung erfordern. Deshalb ist ein erfindungsgemäßer Kernkasten insbesondere für Kernherstellungsverfahren einsetzbar, bei denen anorganische Bindersysteme zum Einsatz kommen.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel zeigenden Zeichnung näher erläutert.
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Deren Figuren zeigen jeweils schematisch:
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1 einen Kernkasten in einem Längsschnitt;
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2 eine Konturplatte des Kernkastens gemäß 1 in Draufsicht;
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3 eine Heizplatte des Kernkastens gemäß 1 in Draufsicht;
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4 ein Kernkastenteil des Kernkastens gemäß 1 in einer seitlichen Ansicht.
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Der Kernkasten 1 umfasst einen oberen Kernkastenteil 2 und einen unteren Kernkastenteil 3.
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Der obere Kernkastenteil 2 ist aus einer Konturplatte 4, die auf ihrer dem unteren Kernkastenteil 3 zugeordneten Seite konturgebende Formelemente 5, 6 trägt, eine auf der Konturplatte 4 liegende Dichtungsplatte 7, eine auf der Dichtungsplatte 7 sitzende Heizplatte 8 und eine darauf abgestützte Schussplatte 9 zusammengesetzt.
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Die Schussplatte 9 ist über Koppelelemente in an sich bekannter Weise mittels Zapfenverbindungen 10, 11 mit der Konturplatte 4 verkoppelt und dabei so ausgerichtet, dass die Schusstrichter 12 der Schussplatte 9 passgenau in den zugeordneten Schussöffnungen 13 sitzen, die in vertikaler Richtung fluchtend zueinander in die Konturplatte 4, die Dichtungsplatte 7 und die Heizplatte 8 eingeformt sind.
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Um ein lagerichtiges Ankoppeln an das untere Kernkastenteil 3 zu gewährleisten, sind im Randbereich der Konturplatte 4 in Richtung des unteren Kernkastenteils 3 weisende Zapfen 14 befestigt, die beim Absenken des oberen Kernkastenteils 2 in korrespondierend geformte Einsenkungen greifen, die im Randbereich der dem oberen Kernkastenteil 2 zugeordneten Oberseite des unteren Kernkastenteils 3 eingeformt sind.
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Der untere Kernkastenteil 3 umfasst einen Unterteilrahmen 15, der an seiner dem oberen Kernkastenteils 2 zugeordneten Seite eine Konturplatte 16 des unteren Kastenteils 3 trägt. Die Konturplatte 16 trägt an ihrer dem oberen Kernkastenteil 2 zugeordneten freien Seite konturgebende Formelemente 17, 18.
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Bei geschlossenem Kernkasten 1, d. h. in dem Stadium, in dem der obere Kernkasten 2 auf dem unteren Kernkasten 3 sitzt, umgrenzen die Konturplatten 4, 16 einen Formholraum, in dem mehrere Kerne, beispielsweise die Kerne für den Einlasskanal, den Auslasskanal, den Wassermantel, den Deckel und den Ölraum eines Zylinderkopfs für einen Verbrennungsmotor gleichzeitig geschossen werden können. Die Formen der Kerne werden dabei durch die Formelemente 5, 6, 17, 18 bestimmt, von denen in 2 der Übersichtlichkeit halber bei der Konturplatte 4 des oberen Kernkastenteils 2 nur zwei Formelemente 5, 6 gezeigt sind. An den Konturplatten 4, 16 vorgesehene Montageöffnungen 19 erlauben die Befestigung unterschiedlichster Formelemente, so dass mit dem Kernkasten 1 unterschiedliche Gießkernprogramme erzeugt werden können.
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Im oberen und unteren Kernkastenteil 2, 3 sind jeweils konventionell ausgebildete Schlitzdüsen 20, 21 angeordnet, die beim oberen Kernkastenteil 2 von dessen Oberseite bis zur dem unteren Kernkastenteil 3 zugeordneten Seite der Konturplatte 4 und beim unteren Kernkastenteil 3 von dessen Unterseite bis zur dem oberen Kastenteil 2 zugeordneten Seite der Konturplatte 16 reichen. Auf diese Weise können bei geschlossenem Kernkasten 1 im von den Konturplatten 4, 16 dann umschlossenen Formhohlraum vorhandene oder sich bildende Gase über die Schlitzdüsen entweichen.
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Die Konturplatte 16 sitzt über eine Dichtungsplatte 22 auf einer Heizplatte 23 des unteren Kernkastenteils 3. Das aus Konturplatte 16, Dichtungsplatte 22 und Heizplatte 23 gebildete Paket sitzt in einer Aufnahme des Unterteilrahmens 15.
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Darunter ist eine Auswerferplatte 24 angeordnet, die in Richtung der Konturplatte 16 weisende Ausstoßer 25 trägt. Die Ausstoßer 25 greifen durch in die untere Konturplatte 16 eingeformte Durchgangsöffnungen. Nach dem Aushärten der in dem Kernkasten 1 geformten Gießkerne wird die Auswerferplatte 24 bei geöffnetem Kernkasten 1 in Richtung der Konturplatte 16 angehoben, so dass die Ausstoßer 25 die fertigen Gießkerne von den Formteilen 17, 18 abheben. Die fertigen Gießkerne können dann frei aus dem Kernkasten 1 entnommen werden.
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Während die Konturplatten 4, 16 mit den von ihnen getragenen Formelementen 5, 6, 17, 18 jeweils aus einem hochwertigen, verschleiß- und temperaturbeständigen Werkzeugstahl bestehen, bestehen die Heizplatten 8, 23 jeweils aus einem Aluminiumwerkstoff. Alternativ können sie auch aus einem konventionellen unlegierten Baustahl, wie beispielsweise dem Stahl mit der Werkstoffnummer 1.0050, bestehen.
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In die der Konturplatte 4 zugeordnete Seite 26 der in 3 dargestellten Heizplatte 8 des oberen Kernkastens 2 ist eine Ölleitung 27 in Form eines zu der betreffenden Seite offenen Kanals eingefräst. Die Ölleitung 27 ist dabei in einer Vielzahl von Windungen über die Seite 26 so geführt, dass einerseits sämtliche der im Kernschießbetrieb temperaturkritischen Bereiche der Konturplatte 4 abgedeckt werden, andererseits aber auch die Bereiche umgangen werden, durch die die Schlitzdüsen 20, 21 geführt sind. Der Zufluss 28 und der Abfluss 29 sind an eine hier nicht dargestellte Ölversorgung angeschlossen, die im Kreislauf auf die geforderte Temperatur erwärmtes Öl durch die Ölleitung 27 fördert.
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In die Heizplatte 23 ist in entsprechender Weise eine Ölleitung 30 eingeformt worden.
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Die Dichtungsplatten 7, 22 bestehen ebenfalls aus einem hoch temperaturleitenden Material, wie einem Al-Werkstoff oder einem geeigneten Stahl, so dass die vom durch die Ölleitung 27, 30 strömenden, erwärmten Öl mitgeführte Wärme annähernd verlustfrei auf die jeweilige Konturplatte 4, 16 übertragen wird.
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Für die Herstellung der schon erwähnten Kerne in dem Kernkasten 1 werden 24 kg Quarzsand in einem Mischer mit 2,2 eines anorganischen Binders und 0,9 eines zur Verbesserung der Fließeigenschaften zugegebenen Pulveradditivs gemischt. Dazu wird zunächst der Sand mit dem Pulveradditiv vorgelegt und anschließend unter laufendem Mischer die flüssige Binderkomponente zugesetzt.
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Nach einer Mischzeit von ca. 30 s wird die so erhaltene Formstoffmischung in einen Vorratsbunker einer konventionell aufgebauten, jedoch mit dem Kernkasten 1 ausgestatteten Kernschießmaschine überführt.
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Die Konturplatten 4, 16 und die von ihnen getragenen Formelemente 5, 6, 17, 18 werden durch die Heizplatten 8, 23 auf eine Temperatur von 130°C vorgeheizt. Dann wird die Formstoffmischung mittels mit 5 bar beaufschlagter Druckluft in den Formhohlraum des geschlossenen Kernkastens 1 geschossen und verbleibt dort für 32 s.
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Zur Beschleunigung der Aushärtung wird 2 s nach dem Einschuss Heißluft mit einem Druck von 3,5 bar und einer Temperatur von 160°C beim Eintritt in das Werkzeug für 30 s durch den Kernkasten 1 geleitet.
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Nach abgeschlossener Härtezeit wird der Kernkasten 1 geöffnet und die Ausstoßer 25 werden betätigt. Die fertig ausgehärteten Kerne können nun entnommen werden.
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In der voranstehend beschriebenen Weise durchgeführte praktische Versuche haben gezeigt, dass bei dem erfindungsgemäßen Kernkasten 1 an beliebigen Positionen Schlitzdüsen zur Optimierung der Entlüftung eingebracht werden können. Die Erfindung erlaubt es somit, auch bei Verwendung einer Ölheizung zum Beheizen des Kernkastens 1 dessen Konturplatten 4, 16 und die von ihnen getragenen Formelemente 5, 6, 17, 18 genauso frei auszulegen, wie es Kernkästen gewohnt ist, die für das so genannte ”Cold-Box-Verfahren” eingesetzt werden, bei dem keine Beheizung erforderlich ist, sondern bei dem die Aushärtung durch eine chemische Reaktion in Folge einer Begasung mit einem Reaktionsgas erfolgt.
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Die durch die Erfindung eröffnete Freiheit der Formgebung eröffnet hier die Möglichkeit, in den durch die Experimente ermittelten, für die Abfuhr der Feuchtigkeit kritischen Kondensationszonen der im Kernkasten 1 erzeugten Kerne zusätzliche Schlitzdüsen einzubringen. Durch diese Optimierung der Kernkasten Be-/Entlüftung konnte schon nach der ersten Optimierungsschleife die Heißluftspülzeit und damit die Taktzeit um 5 s verkürzt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kernkasten
- 2
- oberer Kernkastenteil
- 3
- unterer Kernkastenteil
- 4
- Konturplatte des oberen Kernkastenteils 2
- 5, 6
- konturgebende Formelemente des oberen Kernkastenteils 2
- 7
- Dichtungsplatte des oberen Kernkastenteils 2
- 8
- Heizplatte des oberen Kernkastenteils 2
- 9
- Schussplatte des oberen Kernkastenteils 2
- 10, 11
- Zapfenverbindungen
- 12
- Schusstrichter der Schussplatte 9
- 13
- Schussöffnungen
- 14
- Zapfen
- 15
- Unterteilrahmen des unteren Kernkastenteils 3
- 16
- Konturplatte des unteren Kernkastenteils 3
- 17, 18
- konturgebende Formelemente des unteren Kernkastenteils 3
- 19
- Montageöffnungen
- 20
- Schlitzdüsen
- 21
- Schlitzdüsen
- 22
- Dichtungsplatte des unteren Kernkastenteils 3
- 23
- Heizplatte des unteren Kernkastenteils 3
- 24
- Auswerferplatte
- 25
- Ausstoßer
- 26
- der Konturplatte 4 zugeordnete Seite der Heizplatte 8
- 27
- Ölleitung der Heizplatte 8
- 28
- Zufluss der Ölleitung 27
- 29
- Abfluss der Ölleitung 27
- 30
- Ölleitung der Heizplatte 23
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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