DE10359066A1

DE10359066A1 - Verfahren zur Herstellung von metallischen Gussteilen sowie in diesem Verfahren verwendete Vorrichtung

Info

Publication number: DE10359066A1
Application number: DE2003159066
Authority: DE
Inventors: Bernd Ristau; Ingo Dr. Niedick
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2003-12-16
Filing date: 2003-12-16
Publication date: 2005-07-21

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von metallischen Gussteilen im Schwerkraftkokillenguss, bei dem eine metallische Schmelze in eine mehrteilige Form (Kokille) gegossen wird und in wenigstens einem Teil (100, 101, 102) der Form wenigstens ein Kanal (109, 110, 111) vorgesehen ist, durch den ein als Kühlmedium dienendes Fluid geleitet wird, um die Temperatur der Kokille zu beeinflussen, wobei der Temperaturhaushalt der Kokille geregelt wird, indem man je nach Bedarf ein Kühlmedium oder ein Heizmedium durch wenigstens einen Kanal in der Kokille leitet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von metallischen Gussteilen im Schwerkraftkokillenguss, bei dem eine metallische Schmelze in eine mehrteilige Form (Kokille) gegossen wird und in wenigstens einem Teil der Form wenigstens ein Kanal vorgesehen ist, durch den ein als Kühlmedium dienendes Fluid geleitet wird, um die Temperatur der Kokille zu beeinflussen.

Niederdruckgießverfahren zur Herstellung von metallischen Gussteilen, beispielsweise von komplex geformten Gussteilen wie Zylinderköpfen für Brennkraftmaschinen, bei denen eine metallische Schmelze in den Formhohlraum einer mehrteiligen Form (Kokille) gegossen wird, sind aus dem Stand der Technik bekannt. Die DE 38 24 609 C1 beschreibt beispielsweise ein solches Verfahren. Für die Herstellung von in dem Gussteil verlaufenden Kanälen verwendet man dabei in der Regel Sandkerne, die man in den Formhohlraum einbringt und die später entfernt werden. Die Kokille selbst besteht in der Regel aus mehreren Teilen, die teilweise beweglich sind, sogenannte Formschieber.

Das US-Patent 4,875,518 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von metallischen Gussteilen im Schwerkraftkokillenguss der eingangs genannten Gattung, bei dem Zylinderköpfe im Niederdruckkokillenguss aus einer Aluminiumlegierung gegossen werden. Das in den Formhohlraum eingeführte geschmolzene Aluminium wird mit verschiedenen Teilen der Kokille in Verbindung gebracht, die jeweils unterschiedliche thermische Leitfähigkeiten aufweisen. Um den Vorgang der Verfestigung des geschmolzenen Metalls zu steuern, wird die Verwendung von Kühlblöcken zur Kühlung der Form vorgeschlagen, wobei ein Kühlmedium durch Kanäle in den Kühlblöcken geleitet wird. Die verwendete Kokille umfasst bei diesem bekannten Verfahren eine untere Form, eine obere Form und zwei Paar bewegliche seitliche Formen. Ein Kühlblock wird über der oberen Form angeordnet. Die seitlichen beweglichen Formen können ebenfalls Kühlkanäle aufweisen für die Aufnahme eines Kühlmediums. Diese Kühlkanäle erstrecken sich jedoch geradlinig durch die beweglichen Teile der Form (Formschieber) und verlaufen parallel zu deren äußeren Begrenzungsflächen. Für die untere Form ist ebenfalls ein Kühlkanal vorgesehen, der sich bis in einen der in der unteren Form untergebrachten Kerne hinein erstreckt. Dieser Kühlkanal verläuft zunächst geradlinig in der unteren Form parallel zu deren unterer Fläche, ist danach aber einmal abgewinkelt, um sich dann rechtwinklig zum ursprünglichen Verlauf bis in den Kern hinein zu erstrecken. In dieser Druckschrift wird die Art der Zuführung des Kühlmediums zu den Kühlkanälen der Kokille nicht näher erläutert. In den Formschiebern der Kokille sind nur wenige Kanäle für das Kühlmedium vorgesehen, die grundsätzlich sich in gleicher Richtung erstrecken und zueinander parallel verlaufen. Diejenigen Bereiche der Kokille, die mit der Schmelze in Berührung kommen liegen von den Kühlkanälen vergleichsweise weit entfernt, so dass es kaum möglich sein wird, beim Erstarrungsvorgang die Temperatur in bestimmten Bereichen der Kokille gezielt zu beeinflussen. In dem bekannten Verfahren geht es vielmehr allgemein um eine Abkühlung der verschiedenen Teile, aus denen die Kokille aufgebaut ist. Als Kühlmedium wird Kühlwasser verwendet. Eine gezielte differenzierte Beeinflussung der Temperatur in unterschiedlichen Bereichen der Kokille ist bei diesem bekannten Verfahren nicht vorgesehen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von metallischen Gussteilen im Schwerkraftkokillenguss der eingangs genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, welches es ermöglicht, gezielt in Teilen beziehungsweise Bereichen der Kokille auf den Erstarrungsvorgang der Gussteile Einfluss zu nehmen.

Die Lösung dieser Aufgabe liefert ein erfindungsgemäßes Verfahren der eingangs genannten Gattung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs. Erfindungsgemäß wird der Temperaturhaushalt der Kokille geregelt, indem man je nach Bedarf ein Kühlmedium oder ein Heizmedium durch wenigstens einen Kanal in der Kokille leitet. Vorzugsweise leitet man ein Kühlmedium oder ein Heizmedium durch wenigstens einen Teilbereich eines formgebenden Teils der Kokille, der mit der Schmelze in Berührung kommt. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es nicht nur möglich, Teile der Kokille zu kühlen, sondern gegebenenfalls können diese auch geheizt werden. Über das Heizmedium oder das Kühlmedium, welches beispielsweise in einer externen Heiz- und/oder Kühlvorrichtung auf eine vorgegebene Temperatur gebracht wird, können gezielt vorgesehene Bereiche bei Bedarf gegebenenfalls unterschiedlich temperiert werden. Das vorzugsweise extern aufgeheizte Heizmedium oder extern abgekühltes Kühlmedium kann beispielsweise über eine an wenigstens einer Öffnung eines Kanals der Kokille angeschlossene Leitung in diesen Kanal der Kokille eingeleitet werden, um in einer bestimmten Zone oder in einem problematischen Bereich der Kokille den Erstarrungsvorgang zu beeinflussen. Das erfindungsgemäße Verfahren hat den weiteren Vorteil, dass anstatt mit Schlichte die Trennung zwischen Gussteil und Formteil durch ein aus der Druckgusstechnik bekanntes Trennmittel realisiert werden kann. Somit entfällt die aufwendige Präparation der Kokille mit Schlichte und die Entformung kann automatisiert werden. Gussfehler aufgrund eines unkontrollierten thermischen Erstarrungsprozesses lassen sich durch den geregelten Temperaturhaushalt der Formteile (Formschieber) der Kokille vermeiden. Unproduktive Stillstandzeiten bei der Trennung zwischen Formteil und Gussteil werden vermieden und somit das Verfahren rationalisiert.

Durch das Vorsehen von mehr als einem Kanal zur Aufnahme eines Kühlmediums beziehungsweise Heizmediums können unterschiedliche Bereiche der Kokille unterschiedlich temperiert werden. Man kann beispielsweise über Temperaturmesselemente wie Thermofühler oder dergleichen die Temperatur in vorgesehenen Bereichen der Kokille messen, die daraus gewonnenen Daten an eine externe Heiz- und/oder Kühlvorrichtung leiten und dort das als Heiz- und/oder Kühlmedium dienende Fluid entsprechend temperieren und dann gezielt in die in den jeweiligen Bereichen vorgesehenen Kanäle einleiten, um dort eine Solltemperatur der Kokille zu erzielen.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung führt man das Heiz- und/oder Kühlmedium im Kreislauf. Als Heiz- und/oder Kühlmedium kann vorzugsweise eine viskose und/oder ölartige Flüssigkeit verwendet werden. Man kann beispielsweise mindestens eine Leitung für das Heiz- und/oder Kühlmedium von einer externen Heiz- und/oder Kühlvorrichtung zur Kokille führen und das nach Abkühlung aus der Kokille austretende Heizmedium beziehungsweise das nach Aufwärmung aus der Kokille austretende Kühlmedium über mindestens eine Rücklaufleitung zu der Heiz- und/oder Kühlvorrichtung zurückführen.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin eine Vorrichtung zur Herstellung von metallischen Gussteilen im Schwerkraftkokillenguss umfassend eine mehrteilige eine metallische Schmelze aufnehmende Form (Kokille), wobei in mindestens einem Teil der Form wenigstens ein Kanal vorgesehen ist, durch den ein als Kühlmedium dienendes Fluid geleitet werden kann, um die Temperatur der Kokille zu beeinflussen, bei dem erfindungsgemäß in mindestens einem beweglichen Teil der Kokille (Formschieber) mindestens zwei separate Kanäle mit jeweils voneinander unabhängigen Zugängen von außen vorgesehen sind, durch die jeweils Kühlmedien und/oder Heizmedien unterschiedlicher Temperaturen leitbar sind. Eine Vorrichtung der erfindungsgemäßen Art ermöglicht es, unterschiedliche Bereiche der Kokille auf verschiedene Temperaturen zu bringen, beispielsweise kann man in dem einen Bereich den Erstarrungsvorgang durch Kühlen beeinflussen und in einem anderen Bereich eine Erwärmung vornehmen.

Vorzugsweise weist wenigstens ein Kanal in der Kokille beziehungsweise einem Teil der Kokille wenigstens eine Zugangsöffnung und/oder wenigstens eine Ausgangsöffnung auf, die jeweils mit Anschlussmitteln für die Anbringung einer Leitung, eines Rohrs oder dergleichen versehen ist, durch die das Kühlmittel oder Heizmittel in diesen Kanal eingeleitet werden kann. Als solche Anschlussmittel können beispielsweise Gewindebuchsen oder Gewindestutzen dienen, so dass man eine Leitung für das Heizmedium oder Kühlmedium dort anschrauben kann. Besonders vorteilhaft ist es, wenn ein für das Kühlmedium oder Heizmedium vorgesehener Kanal wenigstens zwei Zugangsöffnungen und zwar vorzugsweise an zwei zueinander in einem Winkel stehenden Flächen eines Formschiebers der Kokille aufweist. Dies macht es möglich, in den gleichen Kanal von unterschiedlichen Seiten her einzuspeisen. Ebenso kann es vorteilhaft sein, an der Rücklaufseite mehrere Ausgänge an einem Kanal zu haben.

Um insbesondere bei komplex geformten Kokillen die Möglichkeit zu haben, alle Bereiche der Kokille durch Kanäle zu erschließen, kann es vorteilhaft sein, abgewinkelte, gegebenenfalls mehrfach abgewinkelte Kanäle vorzusehen und diese möglichst nahe an diejenigen Bereiche der Kokille heranzuführen, die mit der Schmelze in Berührung kommen. Bei der Herstellung von Zylinderköpfen kommt man daher in der Regel mit ausschließlich geradlinig geformten durchweg zueinander parallel geführten Kanälen nicht aus. Verwendet man mehrere separat zugängliche Kanäle, durchlaufen diese vorzugsweise unterschiedliche Bereiche der Kokille und verlaufen zumindest abschnittsweise zueinander nicht parallel. Die Kanäle können auch spitzwinklige oder stumpfwinklige Abwinklungen aufweisen.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin die Verwendung einer Vorrichtung der vorgenannten Art zur Herstellung von Zylinderköpfen oder Motorblöcken von Kraftfahrzeugen. Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein im Schwerkraftkokillenguss hergestelltes metallisches Gussteil, insbesondere ein Zylinderkopf oder Motorblock für ein Kraftfahrzeug, welches nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde.

Die in den Unteransprüchen genannten Merkmale betreffen bevorzugte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Aufgabenlösung. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Detailbeschreibung.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigen
1 eine schematisch vereinfachte Ansicht, die den Aufbau einer Kokille zur Verwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren verdeutlicht;
2a und 2b eine Ansicht eines ersten Formschiebers, der Teil der in 1 gezeigten Kokille ist, wobei 2a die linke und 2b die rechte Hälfte zeigt;
3a und 3b eine Draufsicht auf den in 2 dargestellten Formschieber, wobei 3a die linke und 3b die rechte Hälfte zeigt;
4 eine Ansicht des in 2 dargestellten Formschiebers in Richtung des Pfeils IV von 2,
5 eine weitere Ansicht des in 2 dargestellten Formschiebers in Richtung des Pfeils V von 2;
6a und 6b eine Ansicht eines zweiten Formschiebers, der Teil der in 1 gezeigten Kokille ist, wobei 6a die linke und 6b die rechte Hälfte zeigt;
7a und 7b eine Draufsicht auf den Formschieber von 6; wobei 7a die linke und 7b die rechte Hälfte zeigt;
8 eine Ansicht des in 6 dargestellten zweiten Formschiebers in Richtung des Pfeils VIII von 6 gesehen;
9 eine Ansicht des in 6 dargestellten Formschiebers in Richtung des Pfeils IX von 6 gesehen;
10 eine schematisch vereinfachte perspektivische Ansicht des in 2 dargestellten Formschiebers zur Erläuterung des Verlaufs der Kanäle;
11 eine schematisch vereinfachte Ansicht des in 6 dargestellten zweiten Formschiebers zur Erläuterung des Verlaufs der Kanäle.
Zunächst wird auf 1 Bezug genommen. Die Darstellung zeigt in schematisch vereinfachter Form den Aufbau einer Kokille, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Anwendung findet beispielsweise zur Herstellung eines Zylinderkopfs. Die Kokille umfasst eine untere Form 100, einen ersten zur Entformung beweglichen Formschieber 101 an der in der Zeichnung linken Seite, einen zweiten beweglichen Formschieber 102 an der in der Zeichnung rechten Seite sowie weitere meist kleinere Formschieber 103, 104, die gemeinsam mit den Formschiebern und der unteren Form den Formhohlraum bilden, in den die Schmelze gegossen wird. Da der zu gießende Zylinderkopf Kanäle aufweist, umfasst die Kokille weiterhin Kerne 105, die in den Formhohlraum eingesetzt werden. Diese Kerne sind in der Regel aus Sand und sind in der Zeichnung gemäß 1 nur teilweise dargestellt, da deren genaue Anzahl und Form im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht von Bedeutung sind. Die Kokille umfasst weiterhin noch eine obere Form und Formschieber im vorderen Bereich zur Schaffung eines vollständigen Formhohlraums, die in 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gezeigt sind, so dass man in die Kokille hineinschaut. 1 dient nur zur Erläuterung des prinzipiellen Aufbaus einer im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendeten Kokille. Weitere Einzelheiten ergeben sich aus den Detailansichten 2 bis 9, auf die in der nachfolgenden Beschreibung Bezug genommen wird.
Die 2 bis 5 zeigen in verschiedenen Ansichten den ersten Formschieber 101, der in der schematischen Darstellung gemäß 1 links gezeigt ist. Die 6 bis 9 zeigen den zweiten Formschieber 102, der in der schematischen Darstellung gemäß 1 rechts gezeigt ist. In 2 erkennt man, dass der Formschieber 101 der Kokille eine Reihe von außen zugänglicher Kanäle aufweist, die dazu dienen ein Kühlmedium oder Heizmedium in bestimmte Bereiche der Kokille einzuleiten, so dass man den Erstarrungsvorgang der Schmelze gezielt und selektiv beeinflussen kann. In der Zeichnung gemäß 2 links oben beziehungsweise in 3 sind drei Zugänge 106, 107, 108 zu jeweils separaten Kanälen 109, 110, 111 vorgesehen, wobei es sich bei diesen Zugängen 106, 107, 108 jeweils um solche für den Vorlauf des Kühlmediums oder Heizmediums handelt. Im Bereich dieser Zugänge sind in dem Formschieber 101 beispielsweise Gewindebuchsen oder dergleichen vorgesehen, so dass man jeweils Rohrleitungen (nicht dargestellt) über Schraubverbindungen dort anschließen kann. Diese Rohrleitungen werden von einem Kühlmedium beziehungsweise Heizmedium gespeist, welches in einer hier ebenfalls nicht dargestellten Kühl- beziehungsweise Heizvorrichtung auf eine vorgesehene Temperatur gebracht wird. Um die Temperatur in den jeweils von den Kanälen durchsetzten Bereichen der Kokille zu überwachen, kann man in diese beispielsweise Thermofühler einsetzen, die dann die Daten betreffend die an einer bestimmten Stelle der Kokille gefühlte Temperatur an die Kühl- beziehungsweise Heizvorrichtung leiten, die dann in Abhängigkeit von der gewünschten Solltemperatur das Kühlmedium beziehungsweise Heizmedium entsprechend temperiert und in den für den jeweiligen Bereich der Kokille vorgesehenen Kanal einleitet. In der Darstellung gemäß 2 sind drei solcher Kanäle 109, 110, 111 vorgesehen, die zudem im Bereich der Anschlüsse für den Vorlauf verzweigt sind, so dass sich neben den vorgenannten Zugängen 106, 107, 108 weitere Zugänge 112, 113, 114 ergeben (siehe 2 und 3). Die beiden Zugänge 106, 112 führen jeweils zu dem Kanal 109 und sind an Flächen des Formschiebers 101 angeordnet, die zueinander in einem Winkel stehen, beispielsweise an zueinander rechtwinklig angeordneten Flächen 115, 116 des Formschiebers 101. Dadurch besteht die Möglichkeit, das Kühlmedium beziehungsweise Heizmedium von verschiedenen Seiten her in den gleichen Kanal einzuleiten. Der Aufbau eines solchen verzweigten Kanalsystems wird später noch unter Bezugnahme auf 10 näher erläutert.
Es wird weiterhin auf 2 Bezug genommen. Der erste Kanal 109 für den Vorlauf erstreckt sich ausgehend von den beiden Anschlüssen 106, 112, die in diesen Kanal 109 einmünden, zunächst im Wesentlichen geradlinig in den Formschieber hinein bis zu einer Abwinklung 117. Der Kanal 109 verläuft dann über eine kurze Distanz rechtwinklig zur Eintrittsrichtung und ist dann wiederum abgewinkelt, um dann über eine längere Distanz in Querrichtung über die Breite des Formschiebers 109 zu verlaufen. Dieser erste Querkanal ist mit 109a bezeichnet und erstreckt sich nahezu über die gesamte Breite in Querrichtung des Formschiebers bis zu der rechtwinkligen Abwinklung 118. Man erkennt, dass an der in der Zeichnung 2 linken Seite ein weiterer Zugang 119 zu dem Kanal 109 vorgesehen ist, der in den Querkanal 109a mündet. Dadurch ist über den Zugang 119 dort ebenfalls ein Anschluss zur Einspeisung eines Kühlmediums oder Heizmediums in diesen seitlichen Bereich des Formschiebers 101 möglich. Auf der gegenüberliegenden Seite des Formschiebers erstreckt sich dann der Kanal nach der Abzweigung 118 im rechten Winkel zu dem Querkanal 109a in der Zeichnung gemäß 2 nach oben, parallel zu dem Verlauf des Kanals 109 an der Vorlaufseite im Anschluss an den Zugang 106. Dieser zu dem Ausgang 120 führende Abschnitt des Kanals ist mit 109b bezeichnet und bildet den Rücklauf des Kühlmediums oder Heizmediums, welches den Formschieber 101 durchströmt hat. An den Ausgang 120 kann somit die Rückaufleitung angeschlossen werden, die aufgeheiztes Kühlmedium beziehungsweise abgekühltes Heizmedium zurück zu der Heiz- und Kühlvorrichtung leitet.
In den 2 und 3 erkennt man jeweils neben dem Zugang 106 zu dem ersten Kanal einen Zugang 107 für den Vorlauf zu einem zweiten Kanal 110, der sich ebenfalls zunächst in den Formschieber 101 hinein erstreckt, jedoch bis in eine größere Tiefe hinein etwa bis zu der dem Zugang 107 gegenüberliegenden Seite des Formschiebers. Auch zu diesem zweiten Kanal 110 gibt es einen zweiten Zugang 113, der an einer Fläche angeordnet ist, die etwa rechtwinklig zu der Fläche 116 verläuft, in der sich der Zugang 107 befindet. Der Kanal 110 erstreckt sich also zunächst geradlinig bis zu der Abzweigung 121, verläuft dann von dort aus im rechten Winkel zur ursprünglichen Richtung, wie man aus 3 erkennen kann. Dieser Abschnitt ist mit 110b bezeichnet. Danach erfolgt erneut eine Abzweigung und der Kanal ist dann wieder im rechten Winkel abgewinkelt und erstreckt sich somit parallel zur ursprünglichen Richtung jedoch zu dieser versetzt, wobei dieser Abschnitt mit 110c bezeichnet ist, den man in 2 erkennt. Am unteren Ende dieses Abschnitts 110c erfolgt erneut eine Abzweigung 122 und der zweite Kanal setzt sich dann in dem Querkanal 110a fort, wobei dieser Querkanal 110a, wie man aus der Draufsicht gemäß 3 erkennt nicht rechtwinklig zu dem Abschnitt 110b verläuft, sondern in einem spitzen Winkel, was durch die Form des Formschiebers 101 vorgegeben ist. Dieser Querkanal 110a verläuft dann bis zur Mitte des Formschiebers, ist dort stumpfwinklig abgewinkelt, und zwar im gleichen Winkel bezogen auf die rückwärtige Fläche 115 des Formschiebers, wie in dem zuvor beschriebenen Abschnitt 110a. Dadurch ergibt sich aus der Draufsicht gemäß 3 gesehen ein symmetrischer Verlauf. Dieser weitere Abschnitt des zweiten Kanals ist mit 110d bezeichnet. Die Abschnitte 110a und 110d erstrecken sich somit insgesamt in Querrichtung über die gesamte Breite des Formschiebers in diesem Bereich. Der Abschnitt 110d mündet dann wiederum in eine Verzweigung 123 und nimmt danach den gleichen Verlauf wie der zweite Kanal auf der anderen Seite des Formschiebers in den Abschnitten 110b, 110c. Der zweite Kanal mündet schließlich in dem Ausgang 124, der neben dem Ausgang 120 liegt, wobei an den Ausgang 124 wieder eine Rücklaufleitung zu einer Heiz- und Kühlvorrichtung anschließbar ist. Ebenso wie der erste Kanal 109 im Rücklaufbereich hat auch der zweite Kanal 110 im Rücklaufbereich neben dem Ausgang 124 einen zweiten Ausgang 125, der an der rückseitigen Fläche 115 des Formschiebers angeordnet ist, wie man aus den 2 und 3 erkennen kann. Darüber hinaus sind an weiteren Stellen Zugänge zu dem zweiten Kanal 110 vorhanden, nämlich der Zugang 126 zu einer seitlichen Fläche, der in 3 im linken unteren Bereich neben der Abzweigung 122 liegt. Ein weiterer Zugang 127 ist zu dem in 2 horizontal verlaufenden Abschnitt 110b des zweiten Kanals gegeben, so dass man auch dort einen Zugang von der rückwärtigen Fläche 115 her hat. 2 zeigt, dass der Zugang 127 unterhalb des Zugangs 113 liegt. An der in 3 beziehungsweise 2 rechten Rücklaufseite hat der zweite Kanal 110 ebenfalls die entsprechenden Ausgänge, man erkennt in 2 und in 3 den Ausgang 129 zu einer seitlichen Fläche hin.
Der Verlauf der Kanäle und deren Zugänge an der Vorlaufseite sowie Ausgänge an der Rücklaufseite ist recht gut noch einmal aus der schematischen Ansicht gemäß 10 erkennbar, die eine perspektivische Darstellung des Formschiebers 101 zeigt, die schematisiert ist, wobei die drei Kanäle 109, 110, 111 für das Heiz- beziehungsweise Kühlmedium, auf die es hier ankommt, in der Zeichnung hervorgehoben sind.
Es wird erneut auf die 2 und 3 Bezug genommen. 2 zeigt den oberen Zugang 108 zu dem dritten Kanal 111, zu dem ebenfalls ein zweiter an der Rückseite liegender Zugang 114 an der Vorlaufseite gegeben ist, wie man aus 3 erkennen kann. Der dritte Kanal 111 erstreckt sich weniger weit in das Werkzeug hinein wie der zweite Kanal 110 wie 3 zeigt. Im Anschluss an die Abzweigung 129 mündet dann der dritte Kanal wieder in einen Querkanal 111a, der sich dann im hinteren Bereich über den überwiegenden Teil der Querseite des Formschiebers erstreckt, und zwar parallel zu der rückseitigen Fläche 115. Dort mündet der Kanal 111a in eine Abzweigung 130, verläuft von dort aus in einem stumpfen Winkel nach oben (siehe auch 2), wobei dieser geneigt zur Seitenfläche 131 verlaufende Abschnitt des dritten Kanals mit 111b bezeichnet ist. Der dritte Kanal 111 mündet dann auf der Rücklaufseite in dem Ausgang 132, der in der Zeichnung 2 links neben dem Ausgang 124 für den Rücklauf des zweiten Kanals 110 liegt. Auch der dritte Kanal 111 hat an der Rücklaufseite zur Rückseite des Formschiebers hin einen zweiten Ausgang 133.
Die in 2 eingezeichneten Seitenansichten 4, von der linken Seite in 2 her gesehen, beziehungsweise 5 von der rechten Seite in 2 gesehen lassen einige der zuvor genannten Zugänge beziehungsweise Ausgänge zu den Kanälen erkennen. In 4 sieht man den oberen Zugang 106 zu dem ersten Kanal an der Vorlaufseite sowie den rückwärtigen Zugang 112 zu diesem ersten Kanal 109. Man erkennt weiter an der Seitenfläche 134 des Formschiebers 101 den seitlichen Zugang 119, der auch in 2 erkennbar ist. Weiter unten und etwas versetzt dazu erkennt man einen seitlichen Zugang 135 zu dem dritten Kanal 111, der in den in 3 erkennbaren Querkanal 111a mündet. Schließlich ist in 4 der auch in 3 eingezeichnete seitliche Zugang 126 zu dem Abschnitt 110a des zweiten Kanals 110 erkennbar.
5 zeigt die Ansicht auf die gegenüberliegende seitliche Fläche 131 des Formschiebers 101. Man erkennt dort den auch in 2 eingezeichneten Ausgang 136 des ersten Kanals 109 an der Rücklaufseite, der in den Querkanal 109a mündet. In 5 ist weiterhin ein seitlicher Ausgang 137 des dritten Kanals 111 an der Rücklaufseite erkennbar (siehe auch 2). Weiterhin erkennt man den in den stumpfwinklig abgewinkelten Abschnitt 110d des zweiten Kanals mündenden Ausgang 129 an der Rücklaufseite, der auch in 3 erkennbar ist.
In 10 ist der wesentliche Verlauf der drei zuvor genannten Kanäle 109, 110, 111 sowie deren Zugänge und Ausgänge noch einmal schematisch dargestellt, wobei Details des Formschiebers der besseren Übersichtlichkeit halber weggelassen wurden sowie auch ein paar Einzelheiten im Verlauf des zweiten Kanals 110 nicht dargestellt sind. Durch die perspektivische Darstellung liefert jedoch 10 eine räumliche Ansicht, die eine Vorstellung vom Verlauf der Kanäle für das Kühl- und Heizmedium in dem komplex gestalteten Formschieber 101 der Kokille vermittelt. Man erkennt in 10, dass sowohl an der Vorlaufseite als auch auf der Rücklaufseite der zweite Kanal in seinen vertikal verlaufenden Abschnitten (siehe 110c für den Vorlauf), das heißt in den Abschnitten, die senkrecht zur Querrichtung in der Ansicht gemäß 2 von oben nach unten verlaufen, noch untere Ausgänge 138, 139 aufweist, die man auch in 2 erkennen kann, so dass auch im Bereich dieser unteren Fläche 140 Zugänge zu den Kanälen bestehen.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 6 bis 9 der zweite Formschieber 102 näher beschrieben, der auch in 1 dargestellt ist und wie man dort sieht in der Kokille dem ersten Formschieber 101 gegenüberliegt. Der zweite Formschieber 102 weist ähnlich wie der erste Formschieber 101 ein System von Kanälen für das Kühl- beziehungsweise Heizmedium auf. Der zweite Formschieber 102 hat ebenso wie der erste Formschieber 101 drei Hauptkanäle mit Zugängen an der Vorlaufseite und entsprechenden Ausgängen an der Rücklaufseite, die jeweils in sich verzweigt sind und verschiedene weitere Zugänge von anderen Flächen des Formschiebers 102 her haben, so dass sich vielfältige Möglichkeiten zur Einleitung des Kühl- beziehungsweise Heizmediums in den Formschieber 102 ergeben um bestimmte Bereiche des Formschiebers zielgerichtet und individuell zu temperieren. Die Beschreibung des Kanalsystems des Formschiebers 102 erfolgt hier nur knapp, da dessen prinzipieller Aufbau ähnlich ist, wie dies zuvor anhand der 2 bis 5 bei dem Formschieber 101 im Detail beschrieben wurde.
In dem Ausführungsbeispiel gemäß 6 liegt die Vorlaufseite der Kanäle bei dem zweiten Formschieber 102 in der Zeichnung auf der rechten Seite. Es sind drei Kanäle für das Kühlmedium beziehungsweise Heizmedium vorgesehen, nämlich ein erster am weitesten außen gelegener Kanal 150, zu dem ein Zugang 151 an der oberen Fläche 152 des Formschiebers 102 gegeben ist. Zu dem ersten Kanal 150 bestehen weitere Zugänge im Bereich anderer Flächen des Formschiebers. Daneben liegt ein zweiter Kanal 153, der einen Zugang 154 von der Fläche 152 her hat. Daneben liegt weiter innen wiederum ein dritter Kanal 155, der an der oberen Fläche 152 des Formschiebers 102 einen Zugang 156 hat. Alle drei Kanäle 150, 153, 155 haben jeweils zusätzliche Zugänge an der rückwärtigen Fläche 157 des Formschiebers, wie man aus 7 erkennten kann. Der mittlere Kanal 153 hat unter anderem auch einen Zugang 158 von der Fläche 159 her, die in der Ansicht gemäß 6 unten liegt und der Fläche 152 gegenüberliegt. Alle drei Kanäle 150, 153, 155 verlaufen dann in Querrichtung in verschiedenen Bereichen durch den Formschieber zu der der Vorlaufseite gegenüberliegenden Rücklaufseite, wobei der Querkanal des ersten Kanals 150, der mit 150a in 6 bezeichnet ist am weitesten oben verläuft. Darunter liegt der mit 155a bezeichnete Querkanal des dritten Kanals und am weitesten unten verläuft in der Ansicht gemäß 6 der Querkanal 153a des zweiten Kanals 153. In 7 ist ebenfalls der Verlauf des Querkanals 150a, des Querkanals 155a und des Querkanals 153a erkennbar. Der Aufbau des Kanals 153 ist in dem Ausführungsbeispiel gemäß den 6 und 7 noch komplexer, da dieser Kanal 153 sich mehrfach verzweigt. Der Verlauf des Kanals 153 ist in 7 in etwa erkennbar. Der Kanal umfasst den Zweigkanal 153b, der zu einem vorderen Abzweig 160 verläuft, von wo aus der Kanal dann in einem spitzen Winkel in der Draufsicht gemäß 7 in einem weiteren Zweigkanal 153c zu einem weiteren Abzweig 161 verläuft, wo er in den Querkanal 153a einmündet.
Alle drei Kanäle 150, 153, 155 enden an der der Vorlaufseite gegenüberliegenden Seite des Formschiebers 102 in jeweils zwei Ausgängen, die sich wie bei dem zuvor beschriebenen Formschieber 101 an je zwei zueinander senkrechten Flächen befinden. In den 6 und 7 ist jeweils ein Ausgang zur oberen Fläche 152 jedes Kanals mit Bezugszeichen versehen und zwar der Ausgang des Kanals 150 an der Rücklaufseite ist mit 162 bezeichnet, der Ausgang des Kanals 153 an der Rücklaufseite ist mit 163 bezeichnet und der Ausgang des Kanals 155 an der Rücklaufseite mit 164.
11 zeigt für den zweiten Formschieber 102 eine schematisch vereinfachte perspektivische Ansicht, in der die Kanäle jeweils herausgezeichnet sind, wohingegen Details in der Form des Formschiebers nicht dargestellt wurden, so dass sich eine übersichtlichere Ansicht des Verlaufs der einzelnen Kanäle ergibt. In 11 kann man auch erkennen, dass zusätzlich zu den drei vorgenannten Kanälen für das Kühl- beziehungsweise Heizmedium noch eine Anordnung von Kanälen 165 vorgesehen ist, die nicht durch den Formschieber 102 selbst, sondern durch den oder die Kerne verläuft, die in die Kokille eingebracht werden.
Die 8 und 9 zeigen jeweils Seitenansichten des Formschiebers 102 in Richtung des Pfeils VIII von 6 beziehungsweise in Richtung des Pfeils IX von 6 her gesehen. In 8 erkennt man, dass an der seitlichen Fläche 166 des Formschiebers 102 ein weiterer Zugang 167 zu dem Querkanal 153a gegeben ist. Darüber liegt ein weiterer Zugang 168 zu dem Querkanal 155a. Diese Zugänge an der seitlichen Fläche 166 sind auch in 6 erkennbar. Im Gegensatz zu dem Formschieber 101 ist der Formschieber 102 weitgehend symmetrisch aufgebaut. 9 zeigt die Seitenansicht des Formschiebers 102 von der anderen Seite her in Richtung des Pfeils IX von 6 her gesehen. In 9 erkennt man, dass auch von dieser Seite her jeweils zusätzliche seitliche Zugänge 169, 170 zu den Querkanälen 155a beziehungsweise 153a gegeben sind.

100: untere Form
101: erster Formschieber
102: zweiter Formschieber
103, 104: weitere kleinere Formschieber
105: Kerne
106, 107, 108: Zugänge
109: separater Kanal
109a: Querkanal
109b: Abschnitt des Kanals
110: separater Kanal
110a: Querkanal
110b: Abschnitt
110c: Ende des Abschnitts
110d: Abschnitt
111: separater Kanal
111a: Kanal
111b: dritter Kanal
112, 113, 114: weitere Zugänge
115, 116: rechtwinklig angeordnete Flächen
117: Abwinklung
118: Abzweigung
119: Zugang
120: Ausgang
121: Abzweigung
122: Abzweigung
123: Verzweigung
124: Ausgang
125: zweiter Ausgang
126: seitlicher Zugang
127: weiterer Zugang
129: Ausgang
130: Abzweigung
131: Seitenfläche
132: Ausgang
133: zweiter Ausgang
134: Seitenfläche
135: Zugang
136: Ausgang
137: seitlicher Ausgang
138, 139: untere Ausgänge
140: untere Fläche
150: erster Kanal
150a: Querkanal des ersten Kanals
151: Zugang
152: obere Fläche
153: zweiter Kanal
153a: Querkanal des zweiten Kanals
153b: Zweigkanal
153c: Zweigkanal
154: Zugang
155: dritter Kanal
155a: Querkanal des dritten Kanals
156: Zugang
157: rückwärtige Fläche
158: Zugang
159: Fläche
160: Abzweig
161: Abzweig
162: Ausgang des Kanals 150
163: Ausgang des Kanals 153
164: Ausgang des Kanals 155
165: Anordnung von Kanälen
166: seitliche Flächen
167, 168, 169, 170: Zugänge

Claims

Verfahren zur Herstellung von metallischen Gussteilen im Schwerkraftkokillenguss bei dem eine metallische Schmelze in eine mehrteilige Form (Kokille) gegossen wird und in wenigstens einem Teil der Form wenigstens ein Kanal vorgesehen ist, durch den ein als Kühlmedium dienendes Fluid geleitet wird, um die Temperatur der Kokille zu beeinflussen, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturhaushalt der Kokille geregelt wird, indem man je nach Bedarf ein Kühlmedium oder ein Heizmedium durch wenigstens einen Kanal in der Kokille leitet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man ein Kühlmedium oder ein Heizmedium durch wenigstens einen Teilbereich eines formgebenden Teils der Kokille leitet, der mit der Schmelze in Berührung kommt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Heizmedium oder Kühlmedium in einer externen Heiz- und/oder Kühlvorrichtung auf eine vorgegebene Temperatur gebracht und über eine an wenigstens eine Öffnung eines Kanals der Kokille angeschlossene Leitung in diesen Kanal eingeleitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Temperaturmesselement, insbesondere ein Thermofühler, vorgesehen ist, mittels dessen die Temperatur in einem bestimmten Bereich der Kokille gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass Daten betreffend die von wenigstens einem Temperaturmesselement gemessene Temperatur der Kokille an die externe Heiz- und/oder Kühlvorrichtung geleitet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein als Heiz- und/oder Kühlmedium dienendes Fluid zwischen einer Heiz- und/oder Kühlvorrichtung und der Kokille im Kreislauf geführt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine von der Heiz- und/oder Kühlvorrichtung zur Kokille führende Vorlaufleitung und mindestens eine von der Kokille zurück zur Heiz- und/oder Kühlvorrichtung führende Rücklaufleitung für das Kühl- oder Heizmedium vorgesehen ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Heiz- und/oder Kühlmedium eine viskose- und/oder ölartige Flüssigkeit verwendet wird.
Vorrichtung zur Herstellung von metallischen Gussteilen im Schwerkraftkokillenguss umfassend eine mehrteilige eine metallische Schmelze aufnehmende Form (Kokille), wobei in wenigstens einem Teil der Form wenigstens ein Kanal vorgesehen ist, durch den ein als Kühlmedium dienendes Fluid geleitet werden kann, um die Temperatur der Kokille zu beeinflussen, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einem beweglichen Teil der Kokille (Formschieber) mindestens zwei separate Kanäle mit jeweils voneinander unabhängigen Zugängen von außen vorgesehen sind, durch die jeweils Kühlmedien oder Heizmedien unterschiedlicher Temperatur leitbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Kanal (109, 110, 111) wenigstens eine Zugangsöffnung (106, 107, 108) und/oder wenigstens eine Ausgangsöffnung (120, 124, 132) aufweist, die jeweils Anschlussmittel für die Anbringung einer Leitung, eines Rohrs oder dergleichen aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Anschlussmittel für wenigstens einen Kanal Gewindebuchsen oder Gewindestutzen vorgesehen sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Kanal wenigstens eine Zugangsöffnung, vorzugsweise mit Anschlussmitteln für eine Vorlaufleitung aufweist sowie wenigstens einen Ausgang, vorzugsweise mit Anschlussmitteln für eine Rücklaufleitung.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Kanal (109) wenigstens zwei Zugangsöffnungen (106, 112) an zwei zueinander in einem Winkel stehenden Flächen eines Formschiebers der Kokille aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Kanal (110) wenigstens zwei Ausgangsöffnungen (124, 125) an zwei zueinander in einem Winkel stehenden Flächen eines Formschiebers der Kokille aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Formschieber der Kokille wenigstens zwei separate Kanäle (109, 110) aufweist, die mit unterschiedlich temperiertem Kühl- oder Heizmedium beaufschlagbar sind, unterschiedliche Bereiche der Kokille durchlaufen und zueinander nicht parallel verlaufen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Kanal (110) mindestens einfach abgewinkelt, vorzugsweise mehrfach abgewinkelt ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Kanal (110, 111) mindestens eine nicht rechtwinklige Abwinklung aufweist.
Verwendung einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 9 bis 17 zur Herstellung von Zylinderköpfen oder Motorblöcken von Kraftfahrzeugen.
Verwendung einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 9 bis 17 in einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8.
Im Schwerkraftkokillenguss hergestelltes metallisches Gussteil, insbesondere Zylinderkopf oder Motorblock für ein Kraftfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass dieses nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 hergestellt wurde.