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HINTERGRUND
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft, im Allgemeinen, eine Spritzgussform für Rotationstyp-Schwerkraftguss und ein Schwerkraftgussverfahren zur Nutzung derselben und insbesondere eine Spritzgussform für Rotationstyp-Schwerkraftguss, welche das Eintreten von Verunreinigungen in die Gussform während des Schwerkraftgießens, das von einer Rotation begleitet wird, verhindert, und ein Schwerkraftgussverfahren zur Nutzung derselben.
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Beschreibung des Stands der Technik
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Allgemein sind Schwerkraftgüsse Gussverfahren, die Gussteile wie Kolben, Hülsen, Kurbelgehäuse, Zylinderköpfe oder ähnliche mittels des Gießens von schmelzflüssigem Metall, so wie Nichteisenlegierungen beinhaltend Aluminium (Al), Magnesium (Mg), Kupfer (Cu) und ähnliche, Gusseisen oder Stahl in eine Gussform unter Nutzung von Schwerkraft herstellen. Gegenwärtig wird, wenn ein Zylinderkopf für einen Dieselmotor unter Nutzung des Schwerkraftgusses hergestellt wird, ein Speiser genutzt, um das schmelzflüssige Metall zu speichern, welches genutzt wird um die Schrumpfung des Gussteils zu kompensieren, wodurch eine hohe Qualität des Produktes geboten wird.
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Insbesondere stellt der Speiser dem Gussteil einen zum Schluss erstarrten Abschnitt bereit, um das Sammeln der Gussdefekte und Verunreinigungen darin zu ermöglichen, und ebenso eine latente Wärme bereitzustellen, die von dem Gussteil benötigt wird, um gleichmäßig gerichtet zu erstarren. Ein Rückgewinnungsverhältnis von schmelzflüssigem Metall kann ausgedrückt werden als ein Verhältnis von Produktgewicht zu der gesamten Menge an eingespritztem schmelzflüssigem Metall, und daher wurde aktiv Forschung und Entwicklung zur Technologie der Verbesserung der Gussqualität bei gleichzeitiger Reduzierung der Größe und Anzahl von Speisern betrieben.
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Allerdings belegen Speiser bei der Herstellung eines konventionellen Zylinderkopfes, wie in 1 dargestellt, etwa 50% des gesamten eingespritzten Volumens des schmelzflüssigen Metalls, und bewirken daher, dass das Rückgewinnungsverhältnis bei lediglich 50% liegt. Weiterhin werden rechteckige Spritzgussformen zum Einführen schmelzflüssigen Metalls zusammen mit Verunreinigungen in die Gussform genutzt, wodurch die Gussqualität herabgesetzt wird.
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Das vorangehende ist lediglich zur Unterstützung des Verständnisses des Hintergrunds der vorliegenden Erfindung gedacht, und ist nicht gedacht zu bedeuten, dass die vorliegende Erfindung in den Geltungsbereich des Standes der Technik fällt, der dem Fachmann bereits bekannt ist.
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eine Gießform mit Versorgungskammer für schmelzflüssiges Metall, die selektiv mit einer Matrize gekoppelt ist und ausgestaltet ist, die Matrizen während des Schwerkraftgießens in Verbindung mit einer Rotation mit reinem schmelzflüssigen Metall zur versorgen, ist zum Beispiel aus der
DE 100 19 309 A1 bekannt. Ein anderes Kippgießverfahren mit einem Metallaufnahmebehälter ist ferner in der
DE 10 2004 015 649 B3 beschrieben.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Entsprechend stellt die vorliegende Erfindung eine Spritzgussform zum Rotationstyp-Schwerkraftguss mit den Merkmalen in Anspruch 1 sowie ein Schwerkraftgussverfahren mit den Merkmalen in Anspruch 5, das die Spritzgussform nutzt, bereit, welche das Eintreten von Verunreinigungen in die Gussform zur Verbesserung der Qualität eines Produktes verhindert, während die Menge an schmelzflüssigem Metall in Speisern zur Reduzierung der Materialkosten verringert wird. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.
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Die innere Fläche des Gehäuses kann mit Keramik beschichtet sein. Der spezifische Abstand zwischen der unteren Seite der Trennwand und der inneren Fläche des unteren Abschnitts des Gehäuses kann sich zwischen etwa 20 mm und 50 mm erstrecken, und die Trennwand kann an einer Position positioniert sein, die ½ bis ¾ der longitudinalen Länge von einer Seite des Gehäuses entspricht. Die Versorgungskammer für schmelzflüssiges Metall kann einen internen Winkel aufweisen, d.h. einen Winkel zwischen einer geneigten Ebene und einer Basisebene, der etwa 50 Grad bis 80 Grad beträgt.
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Gemäß der technischen Konfiguration der vorliegenden Erfindung kann die Spritzgussform für Rotationstyp-Schwerkraftguss das Eintreten von Verunreinigungen in die Gussform zum Verbessern der Produktqualität verhindern, während die Menge an schmelzflüssigem Metall in Speisern zum Reduzieren der Materialkosten verringert wird.
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Figurenliste
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Die vorstehenden und weitere Gegenstände, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden eindeutiger verstanden unter Zuhilfenahme der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen, in welchen:
- 1 eine beispielhafte Ansicht eines Zylinderkopfes ist, welcher Speiser gemäß dem Stand der Technik aufweist;
- 2 eine beispielhafte Ansicht einer Spritzgussform für Rotationstyp-Schwerkraftguss gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
- 3 eine beispielhafte Ansicht, welche Etappen des Durchführens der Schwerkraftgusses unter Nutzung der Spritzgussform gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
- 4 eine beispielhafte Ansicht eines Zylinderkopfes ist, welcher Speiser gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Die hier benutzte Terminologie dient lediglich der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen und ist nicht zur Eingrenzung der Erfindung gedacht. Wie hier benutzt sind die Singularformen „ein/eine“ und „der/die/das“ gedacht, auch die Pluralformen zu umfassen, es sei denn der Kontext lässt eindeutig Gegenteiliges erkennen. Es wird ferner davon ausgegangen, dass der Ausdruck „aufweist/umfasst“ und/oder „aufweisend/umfassend“, wenn er in der Beschreibung genutzt wird, die Anwesenheit von genannten Merkmalen, Ganzzahlen, Schritten, Operationen, Elementen und/oder Komponenten spezifiziert, aber nicht die Anwesenheit oder das Hinzufügung von einem oder mehreren weiteren Merkmalen, Ganzzahlen, Schritten, Operationen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen hiervon ausschließt. Wie in diesem Zusammenhang benutzt, umfasst der Ausdruck „und/oder“ jede und alle Kombinationen eines oder mehrerer der dazugehörigen genannten Begriffe.
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Wenn nicht spezifisch angegeben oder aus dem Kontext, wie hierin benutzt, offensichtlich, wird der Ausdruck „etwa“ verstanden als innerhalb eines Bereiches üblicher Toleranzen, zum Beispiel innerhalb der doppelten Standardabweichung des Mittelwerts. „Etwa“ kann verstanden werden als innerhalb von 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 4%, 3%, 2%, 1%, 0,5%, 0,1%, 0,05% oder 0,01% des angegebenen Wertes. Sofern nicht anderweitig klar aus dem Kontext, sind alle hier bereitgestellten numerischen Werte mit dem Ausdruck „etwa“ modifiziert.
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Nachfolgend werden beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen detailliert beschrieben.
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Wie in 2 und 3 gezeigt, kann eine Spritzgussform für Rotationstyp-Schwerkraftguss eine Versorgungskammer für schmelzflüssiges Metall C2 beinhalten, welche selektiv mit einer Matrize M gekoppelt ist, und ausgestaltet ist, während des Schwerkraftgusses in Verbindung mit einer Rotation die Matrize M mit einem puren schmelzflüssigen Metall zu versorgen, und währenddessen die Verunreinigungen, die im schmelzflüssigen Metall enthalten sind, zu sammeln und den Eintritt der Verunreinigungen in die Matrize M zu verhindern. Die Versorgungskammer für schmelzflüssiges Metall C2 weist einen Raum auf, in welchem die Verunreinigungen, die im schmelzflüssigen Metall enthalten sind, während des Schwerkraftgusses in Verbindung mit einer Rotation gesammelt werden können, und kann ausgestaltet sein, die Verunreinigungen zu sammeln, die in dem schmelzflüssigen Metall aufgrund der Zentrifugalkraft, welche bei der Rotation der Versorgungskammer für schmelzflüssiges Metall C2 auftritt, herunter fallen und dann auf dem schmelzflüssigen Metall aufschwimmen, wenn das schmelzflüssige Metall vollständig in die Matrize M abgegeben wird.
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Die Spritzgussform kann weiterhin eine Speicherkammer für schmelzflüssiges Metall C1 beinhalten, welche mit der Versorgungskammer für schmelzflüssiges Metall C2 kommuniziert. Die Speicherkammer für schmelzflüssiges Metall C1 und die Versorgungskammer für schmelzflüssiges Metall C2 können einstückig in einem Gehäuse 10 gebildet sein, welches einen darin definierten internen Raum hat. Der interne Raum kann durch eine Trennwand 20 in zwei Unterräume aufgeteilt sein, die jeweils die Speicherkammer für schmelzflüssiges Metall C1 und die Versorgungskammer für schmelzflüssiges Metall C2 bilden. Zudem kann eine obere Seite der Trennwand 20 mit einer inneren Fläche eines oberen Abschnitts des Gehäuses 10 verbunden sein, und eine untere Seite der Trennwand 20 kann einen spezifischen Abstand von der inneren Fläche eines unteren Abschnitts des Gehäuses 10 aufweisen.
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Die Speicherkammer für schmelzflüssiges Metall C1 kann eine Würfelform aufweisen und die Versorgungskammer für schmelzflüssiges Metall C2 kann einen halbtrapezförmigen Querschnitt aufweisen. Der spezifische Abstand zwischen der unteren Seite der Trennwand 20 und der inneren Fläche des unteren Abschnitts des Gehäuses 10 kann sich zwischen etwa 20 mm und 50 mm erstrecken, und die Trennwand 20 kann an einer Position positioniert sein, die ½ bis ¾ der longitudinalen Länge von einer Seite des Gehäuses 10 entspricht. Die Versorgungskammer für schmelzflüssiges Metall C2 kann einen internen Winkel aufweisen, der etwa 50 Grad bis 80 Grad beträgt. Wenn die Trennwand 20 an einer Position vor ½ der longitudinalen Länge von einer Seite des Gehäuses 10 montiert ist, verwirbelt das schmelzflüssige Metall, was zu einem schlechteren Produkt führt. Zudem wird, wenn die Trennwand 20 an einer Position hinter ¾ der longitudinalen Länge von einer Seite des Gehäuses 10 montiert ist, ein Unterraum des internen Raumes des Gehäuses verkleinert. Daher kann die Trennwand 20 an der Position wie vorstehend beschrieben montiert werden.
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Der spezifische Abstand zwischen der unteren Seite der Trennwand 20 und der inneren Fläche des unteren Abschnitts des Gehäuses 10 kann sich zwischen etwa 20 mm und 50 mm erstrecken. Wenn der spezifische Abstand 20 mm oder weniger beträgt, verschlechtert sich das Fließvermögen des schmelzflüssigen Metalls und wenn der spezifische Abstand 50 mm oder mehr beträgt, tritt kein Effekt des Entfernens von Verunreinigungen ein (bspw. werden die Verunreinigungen nicht ausreichend entfernt). Weiterhin ist ein Einspritzwinkel des schmelzflüssigen Metalls zu klein (bspw. nicht ausreichend), wenn der interne Winkel der Versorgungskammer für schmelzflüssiges Metall C2 weniger als 50 Grad beträgt, wodurch das Fließvermögen von schmelzflüssigem Metall erniedrigt wird, und wenn der Winkel mehr als 80 Grad beträgt, wird der Effekt des Sammelns der Verunreinigungen reduziert. Unterdessen kann die innere Fläche des Gehäuses 10 mit Keramik beschichtet sein, um die Temperatur des schmelzflüssigen Metalls, welches während des Rotationstyp-Schwerkraftgusses in das Gehäuse eingespritzt wird, beizubehalten.
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Weiterhin stellt die vorliegende Erfindung ein Schwerkraftgussverfahren unter Nutzung einer Spritzgussform für Rotationstyp-Schwerkraftguss bereit. Das Schwerkraftgussverfahren wird unter Bezugnahme auf 3 beschrieben. Wie in 3 gezeigt, kann das Schwerkraftgussverfahren beinhalten: das Versetzen einer Matrize M derart, dass eine Einspritzöffnung der Matrize zum Boden zeigt, das Bereitstellen eines schmelzflüssigen Metalls in die Spritzgussform, die eine Versorgungskammer für schmelzflüssiges Metall C2 aufweist, welche ausgestaltet ist, die Matrize M mit einem puren schmelzflüssigen Metall zu versorgen, und währenddessen die Verunreinigungen, die im schmelzflüssigen Metall enthalten sind, zu sammeln und den Eintritt der Verunreinigungen in die Matrize M zu verhindern, Bewegung der Spritzgussform zur Presspassung mit der Matrize M, und Rotation der pressgepassten Spritzgussform und der Matrize M.
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Insbesondere kann, nachdem schmelzflüssiges Metall in die von der Matrize M getrennte Spritzgussform eingespritzt wird, die Spritzgussform in Richtung der Matrize M bewegt und an sie, mit der Einspritzöffnung der Matrize angeordnet, Richtung Boden zu zeigen, gekoppelt werden. Die gekoppelte Spritzgussform und die Matrize können um etwa 90 Grad rotiert werden, während die Spritzgussform und die Matrize unter Nutzung einer vertikal betätigten Treibereinheit 30 hermetisch verschlossen sein können, um einem Anteil des schmelzflüssigen Metalls zu erlauben in der Gussform M zu verbleiben und dem anderen Anteil des schmelzflüssigen Metalls zu erlauben in der Spritzgussform zu verbleiben.
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Insbesondere fallen bei der Rotation die in dem schmelzflüssigen Metall enthaltenen Verunreinigungen aufgrund der Zentrifugalkraft in dem schmelzflüssigen Metall herunter und in diesem Zustand, wenn die Spritzgussform und die Matrize M um etwa 120 Grad rotiert werden, können die Verunreinigungen, aufgrund des Unterschieds des spezifischen Gewichts, auf dem schmelzflüssigen Metall aufschwimmen. Daher können, wenn das schmelzflüssige Metall vollständig in die Matrize M abgegeben wird, die Verunreinigungen in der Spritzgussform außerhalb der Matrize M verbleiben. In anderen Worten kann die trapezförmige Spritzgussform, wenn die Spritzgussform und die Matrize M um etwa 90 Grad rotiert werden, als Fangraum zum Fangen der Verunreinigungen darin wirken, und wenn die Spritzgussform und die Matrize M um etwa 180 Grad rotiert werden, können die Verunreinigungen aufgrund des Unterschieds des spezifischen Gewichts auf dem schmelzflüssigen Metall aufschwimmen, um das Eindringen der Verunreinigungen in die Matrize M zu verhindern.
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Wie in 4 gezeigt, kann entsprechend der Spritzgussform für Rotationstyp-Schwerkraftguss und dem Schwerkraftgussverfahren unter Nutzung derselben beim Schwerkraftgießen eines Zylinderkopfes die Menge an schmelzflüssigem Metall in Speisern sowie die Anzahl und Größe der Speiser reduziert werden, wodurch ein etwa 75% Rückgewinnungsverhältnis von schmelzflüssigem Metall erhalten werden kann und das Eintreten von Verunreinigen in die Matrize M verhindert werden kann und dadurch die Produktqualität verbessert werden kann.
