DE1508612C - Gießform zum Gießen eines Metallguß teiles - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Gießform zum Gießen eines Metallgußteiles, welches einen von einem dicken Außenteil umgebenden dünnen, plattenförmigen Mittelteil hat, mit einem in der Mitte angeordneten, für den Schwerkraftguß geeigneten Steigereinguß und bei der verschiedene Flächenteile mit unterschiedlichen Wärmeleiteigenschaften vorgesehen sind, um das Gußstück gerichtet erstarren zu lassen.

Eine derartige Gießform ist aus dem USA.-Patent 1 943 434 aus dem Jahre 1931 bekanntgeworden. Diese bekannte Gießform befaßt sich inbesondere mit dem Gießen eines Rades für Eisenbahnfahrzeuge. Es handelt sich um eine Sandform, in welcher an dem Laufkranzabschnitt des Gießhohlraumes ein Abschreckring von gegenüber den Sandoberflächen des Gießhohlraumes verbesserter Wärmeleitfähigkeit vorgesehen ist. Das. ermöglicht eine gerichtete Erstarrung des Gußstückes von dem an sich dickeren Außenteil durch den dünnen plattenförmigen Teil zum Mittelteil.

Im Gegensatz zu Formen, deren Grundbestandteil Sand ist, gibt es nun auch bereits seit langem sogenannte Dauerformen aus Metall und auch aus festem Graphit. Eine solche Graphitform zum Gießen von Rädern für Eisenbahnfahrzeuge ist aus der Zeitschrift »Foundry«, 1957, Oktober, S. 110 bis 115, bekanntgeworden. Die dort gezeigte Form hat jedoch keinen kombinierten Steigereinguß, der für Schwerkraftguß geeignet ist, sondern es handelt sich um eine Druckgießform, in welche das flüssige Metall von einem unten angeordneten Sammelbehälter her nach oben hineingedrückt wird. Ein solcher Sammelbehälter und die erforderliche Druckerzeugungseinrichtung bedingen einen besonderen konstruktiven Aufwand, und überdies müssen in einer solchen Druckgießform aus Graphit auf der Oberseite des Gießhohlraumes auch eine ganze Reihe von verhältnismäßig großen Steigern vorgesehen sein, die sich beim Gießen mit flüssigem Metall füllen und dann wieder zu entfernende Ansätze an dem Gußstück bilden. Das bedingt einen erhöhten Materialaufwand und erhebliche Kosten für Nacharbeit. Das Vorhandensein der verhältnismäßig großen Steiger kann auch zu Schwierigkeiten beim Abkühlen des Gußstückes durch Rißbildung u. dgl. führen. Verringert man andererseits die Anzahl der Steiger, dann ist kein ausreichend dichter Guß gewährleistet.

Während ein Teil dieser Nachteile bereits durch die eingangs erläuterte Sandform mit Abschreckring und für den Schwerkraft geeignetem, kombiniertem Steigercinguß vermieden werden konnte, handelt es sich bei der eingangs als bekannt vorausgesetzten Form aber nun wiederum nicht um eine Dauerform. Offensichtlich ist es aber erwünscht, auch für Gußstücke der hier in Rede stehenden Formgebung im Schwerkraftgießverfahren zu füllende Dauerformen verwenden zu können.

Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die Vorteile des Schwerkraftgusses zur Herstellung von Gußkörpern der genannten Formgebung zu nutzen, und zwar in einer Graphitform.

Zur Lösung dieser Aufgabenstellung wird, ausgehend von einer Gießform der eingangs als bekannt vorausgesetzten Gattung, erfindungsgemäß die Anordnung so getroffen, daß das Material des Formkörpers fester Graphit ist, welcher im Bereich des plattenförmigen Teiles des Hohlraumes mit einer wärmeisolicrenden Auskleidung versehen ist.

Es wurde bereits eingangs herausgestellt, daß die Anordnung von Flächenteilen mit unterschiedlichen Wärmeleiteigenschaften bei Formen der in Rede stehenden Gattung bekannt ist. Die genannte bekannte Form verwendet am Laufkranzabschnitt einen Abschreckring. Bei der vorliegenden Erfindung erfolgt demgegenüber die schnellere Abkühlung des Laufkranzabschnittes dadurch, daß hier die gut kühlende Graphitoberfläche des Grundkörpers der

ίο Form frei liegt, während die plattenförmigen Teile mit der wärmeisolierenden Auskleidung versehen sind. Diese Ausgestaltung ermöglicht es, die Form als vielfach verwendbare Dauerform auszugestalten, dabei aber im Gegensatz zu den bekannten Gießformen für Gußstücke der in Rede stehenden Formgebung auch im Schwerkraftgießverfahren zu füllen und dabei mit einem einzigen kombinierten Steigereinguß auszukommen, ohne daß man eine große Anzahl von getrennten Steigern mit den damit verbundenen Nachteilen in Kauf nehmen müßte.

Die Anordnung einer wärmeisolierenden Auskleidung in dem plattenförmigen Teil des Gießhohlraumes gestattet es auch einerseits, die Vorteile einer Dauergießform aus festem Graphit zu nutzen, die Form aber andererseits trotzdem für Gußstücke verschiedener Abmessungen einsetzen zu können. Man braucht dazu nur der Auskleidung eine unterschiedliche Gestalt zu geben.

Ein weiterer Vorteil der Auskleidung besteht darin, daß sie den graphischen Grundkörper der Gießform vor Beschädigungen durch das sich bei der Erstarrung zusammenziehende Gußstück schützt. Die Auskleidung kann an den besonders beanspruchten Kanten nachgeben und wird dann für einen erneuten Guß-Vorgang auf einfache Weise wieder hergestellt. Dazu sei erwähnt, daß es in der Gießtechnik an sich bekannt ist, empfindliche Kanten und Ecken durch besondere Hilfsvorrichtungen zu sichern, die in die Form eingestampft werden. Dazu wird auf die Zeitschrift »Gießereipraxis«, 1942, Januar, S. 13, verwiesen.

Als ein ganz besonderer Vorteil der Erfindung hat es sich erwiesen, daß sie es ermöglicht, an den Übergangsstellen zwischen dem dicken Außenteil und dem plattenförmigen Teil des Gußstückes mit verhältnismäßig scharfen Ecken, ohne große Abrundungsradien, zu arbeiten. Der Fortfall großer Abrundungsradien bedeutet eine wesentliche Materialersparnis. Die in dem plattenförmigen Teil des Gießhohlraumes angeordnete, wärmeisolierende Auskleidung verhindert auch zuverlässig eine unerwünschte Tröpfchenerstarrung, wenn das im Schwerkraftguß eingegossene Metall etwas spritzt; trotzdem ist aber die Kühlwirkung an dem dicken Außenteil des Gußstückes ganz besonders gut, weil nämlich für die Abschreckung nicht nur die Wärmekapazität eines Abschreckringes beschränkter Abmessung, sondern eben die Wärmekapazität des gesamten Grundmaterials der Form zur Verfügung steht. Letzteres war zwar auch bereits bei der genannten, bekannten Graphitform der Fall, bei der jedoch das .Druckgußverfahren und eine große Anzahl von Steigern angewendet werden mußte, um einen einwandfreien, dichten Guß zu erzielen. Die wärmeisolierende Auskleidung des plattenförmigen Teiles des Gicßhohlraumes verhindert auch eine Erosion des graphitischen Grundkörpers der Form durch den Metallstrom.

Obwohl die erfindiingsgemäße Gießform sich also als sehr vorteilhaft erweist, konnte zunächst eigentlich

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gar nicht erwartet werden, daß eine solche Ausge- folgenden Beschreibung von Ausfiihrungsbeispielen

staltung sich als arbeitsfähig erweisen würde. In dieser der Erfindung an Hand der Zeichnungen. Die Zeich-

Hinsicht ist zunächst auf das erforderliche Entweichen nungen zeigen in

des in dem flüssigen Metall enthaltenen Gases zu ver- F i g. 1 einen Querschnitt durch eine Gießform,

weisen. Bei einer Sandform, deren Grundkörper eine 5 F i g. 2 die Draufsicht auf die in F i g. 1 darge-

große Porosität besitzt, stellt dieses Entweichen des stellte Gießform längs der Linie 2-2 in Pfeilrichtung,

Gases kein Problem dar, und auch dann, wenn man F i g. 3 eine vergrößerte Querschnittsansicht durch

eine Form mit einem graphitischen Grundkörper ein- die Gießform,

setzt, die eine Anzahl von verhältnismäßig großen F i g. 4 die Verwendung einer Drehvorrichtung, mit

Querschnitt aufweisenden Steigern hat, bietet das io der ein isolierender Belag auf das Gießformunterteil

Entweichen des Gases keine Schwierigkeit. Wenn hin- aufgebracht werden kann,

gegen in einer wenig porösen Graphitform nur ein F i g. 5 die Ausrichtung des Gießformoberteils mit

mittlerer Steigereinguß vorgesehen ist, während die einer Matrize,

übrigen Teile des Formhohlraumes nicht durch große F i g. 6 das Einblasen eines isolierenden Materials

Steigercffnungen unterbrochen sein und allenfalls mit 15 in den Hohlraum zwischen dem Gießformoberteil und

kleinen Lüftungsöffmingen ausgestattet sein sollen der Matrize,

dann scheint die Gefahr, daß in dem Gußstück ein . F i g. 7 das Aufformen einer Sandauskleidung auf

geschlossenes Gas zurückbleibt, sehr groß. Dabei ist dem Gießformunterteil einer in F i g. 8 dargestellten

noch zu bemerken, daß die Menge des beim Gieß- Erfindung und

Vorgang aus dem Metall zu entfernenden Gases ganz 20 F i g. 8 eine andere Ausführungsform einer Gießerheblich ist. Es hat sich aber wider Erwarten gezeigt, form nach der Erfindung.

daß auch bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung F i g. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine Gießeine ausreichende Entgasung stattfindet. form, deren Formkörper sich aus einem Oberteil 10 Es bestanden auch Bedenken gegen eine aus- und einem Unterteil 14 zusammensetzt. Das Oberteil reichende Haftung der verhältnismäßig dünnen und 25 und das Unterteil bestehen aus jeweils aus einem ausgedehnten Auskleidung aus harzgebundenem Sand ringförmigen Graphitblock 11 bzw. 12. Die festen oder keramischem Material · an der graphitischen Graphitblöcke 11 und 12 sind im Handel erhält-Oberfiäche des Grundkörpers der Gießform. Hch.

Weiterhin war zu befürchten, daß die verhältnis- Oberteil 10 und Unterteil 14 werden durch geeignet mäßig dünne Auskleidung nicht einwandfrei zu- 3° räumlich verteilte Klammern 16 zusammengehalten, sammenhängen, sondern reißen würde. Die Möglich- Die Klammern 16 sorgen für einen fluiddichten Konkeit derartiger Mängel mußte für den Fachmann um takt zwischen äußeren, ringförmigen Dichtungsflächen so schwerer wiegen, weil ja gegebenenfalls sowohl die 23 und 24 der Graphitblöcke 11 und 12 wenn das geForm als auch ein Gußstück unbrauchbar sein wurden. schmolzene Metall durch einen Steigereinguß 25 in Es ist das Verdienst der vorliegenden Erfindung, ent- 35 den den Gießraum bildenden Hohlraum gelangt,
gegen derartigen Befürchtungen die vorteilhafte Brauch- Im Oberteil und/oder Unterteil der Gießform ist barkeit der beanspruchten Ausgestaltung erkannt zu eine aus einem isolierenden Material bestehende Aushaben, kleidung versehen, um den Erstarrungsprozeß des

Zum Stande der Technik sei noch erwähnt, daß aus Metalls bei Berührung mit dem isolierenden Material

der deutschen Patentschrift 911064 bereits eine 4° zu verzögern.

Dauerform bekanntgeworden ist, deren graphitischer In der dargestellten Ausführungsform dieser Er-Grundkörper eine Auskleidung aus feuerfesten Quarzit- findung sind "die isolierenden Auskleidungen 30 und stoffen hat. Diese Form soll sich besonders für Stahl- 31, einander zugekehrt, auf in die Graphitblöcke 11 abgüsse im Druckgießverfahren eignen und für klei- und 12 eingearbeiteten Vertiefungen angebracht. Der nere Teile in der Größenordnung unter 25 cm³ ein- 45 sich nach dem Anbringen der Auskleidungen 30 und gesetzt werden. Die Auskleidung bedeckt die gesamte 31 in den Graphitblöcken 11 und 12 ergebende Gieß-Abgußoberfläche der Form. Somit konnte auch diese hohlraum besitzt die Gestalt eines Rades für ein Eisenbekannte Dauerform kein Vorbild für die vorliegende fahrzeug mit tellerförmigen Flächen 32 und 33, einer Erfindung sein. vorderen Übergangsfläche 36 zum Radkranz, einer

Die vorliegende Erfindung ist verschiedener Ausge- 50 hinteren Übergangsfläche 37 zum Radkranz, koni-

staltungen fähig. sehen, ringförmigen Flächen 38 und 39, einer vorderen

So läßt sich vorteilhafterweise die Anordnung so Radkranzfläche 40, einer Lauffläche 41, einer Spurtreffen, daß die schützende Auskleidung im Bereich kranzfläche 42, einer hinteren Spurkranzfläche 43, gekrümmter Übergangsflächen zwischen einem äußeren ' einer vorderen Nabenübergangsfläche 48, einer hin-Laufkranzabschnitt und dem dünnen plattenförmigen 55 teren Nabenübergangsfläche 49 und mit einer hinteren Mittelteil eines Rades in die Graphitoberfläche der Radnabenfläche 49A besitzt. .
Gießform übergeht. In den in den F i g. 1 und 3 dargestellten Aus-

Hinsichtlich des Schutzes des graphitischen Grund- führungsformen dieser Erfindung bestehen die iso-

körpers der Form ist es noch vorteilhafter, wenn die lierenden Auskleidungen 30 und 31 aus einem kera-

schützende Auskleidung den gesamten Bereich zwi- 60 mischen Material, welches sich aus kollodialem SiIi-

schen einem Nabenabschnitt und dem Laufkranz- ziumoxyd, Zitronensäure, Magnesiumsulfat und Ky-

abschnitt einschließlich der gekrümmten Übergangs- anit zusammensetzt. Die Dicke der Auskleidungen 30

flächen bedeckt. Dann kann sich das erstarrende und 31 ist unterschiedlich, um in den verschiedenen

Gußstück in erheblichem Maße gegen die Ausklei- Abschnitten des Gußstücks eine geeignete Erstar-

dung zusammenziehen, ohne den graphitischen Grund- 65 rungsgeschwindigkeit zu bewirken. Die genaue Stärke

körper der Form zu beschädigen. der Auskleidung ändert sich in Abhängigkeit von den

Weitere Erfindungsmerkmale ergeben sich aus den Abmessungen des Rades und der Zusammensetzung

Palentansprüchen im Zusammenhang mit der nach- der keramischen Auskleidung. Es sei hier noch er-

wähnt, daß die Slärkc der Auskleidung in Richtung von der Lauffläche der Radnabe zunimmt.

Die Auskleidungen 30 und 31 sind längs der tellerförmigen Bereiche 30 und 31 etwa 8 mm stark. Die Auskleidungen 30 und 31 verjüngen sich von 8 mm auf etwa 0,8 mm an der vorderen Übergangsfläche 36 des Gießformobcrtcils 11 und an der hinteren Ubergangsfläche 37 des Gießformunterteils 12. In dem den Radkranz bildenden Gießraumabschnitt 50 erhält die Graphitwandung an den konischen Flächen 38 und 39 vorzugsweise keine isolierende Auskleidung. Sie wird hier vielmehr mit einem üblichen Belag für Gießformen versehen, der an der vorderen Radkranzfläche 40, der Lauffläche 41, der Spurkranzfläche 42 und der hinteren Spurkranzfläche 43 haftet. An den Naben-Übergangsflächen 48 und 49 ist die isolierende Auskleidung etwa 10 mm stark.

Die relative Dicke der Auskleidungen 30 und 31 an den Nabenübergangsflächen kann sich an der vorderen Nabenübergangsfläche 48 für bestimmte Radformen und bestimmte keramische Auskleidungsmaterialien auf etwa 10 bis 12 mm belaufen. Die Dicke einer aus »gebundenem« Sand bestehenden Auskleidung kann sogar erheblich großer sein, was weiter unten erläutert wird.

Die isolierenden Auskleidungen 30 und 31 müssen nach jedem mit der Gießform ausgeführten Guß ersetzt werden.

Ein entscheidender Vorteil bei der Verwendung der isolierenden Auskleidungen 30 und 31 besteht darin, daß der Erstarrungsprozeß des flüssigen Metalls sowohl hinsichtlich Zeit als auch Richtung gesteuert werden kann. Die Erstarrung des flüssigen Metalls beginnt dabei im Hohlraum 50 für den Radkranz, der eine ziemlich große Querschnittsfläche aufweist, und setzt sich über den kleinere Querschnittsfläche aufweisenden plattenförmigen Metallteil 51 fort bis zur Nabe 45, die wieder eine größere Querschnittsfläche aufweist, und endet in dem kombinierten Steigereinguß 25. Das heißt, das flüssige Metall wird in der Gießform an der Lauffläche entsprechenden Wandung abgeschreckt, während der Erstarrungsprozeß im plattenförmigen Mittelteil 51 durch die Auskleidungen 30 und 31 verzögert wird, so daß sichergestellt ist, daß das flüssige Metall ohne frühzeitige Blockierung durch den plattenförmigen Mittelteil 51 strömen kann und keine Beeinträchtigung der Zuführung flüssigen Metalls zum Radkranz über die Eingieß- und Steigeröffnung hervorgerufen wird.

Der kombinierte Steigereinguß 25 im Graphitblock 11 besteht aus einer zylindrischen Buchse 56 mit einer zentrischen, durchgehenden Bohrung 57. Die Buchse 56 ist in eine zylindrische Öffnung 59, die zentrisch in den Graphitblock 11 des Oberteils 10 eingearbeitet ist, eingepaßt. Die Buchse 56 besteht vorzugsweise aus einem einzigen Stück, in das eine glockenförmige Aussparung 57 A auf der Unterseite, und zwar innen, eingearbeitet ist (vgl. F i g. 1). In F i g. 3 besteht die Buchse 56 aus zwei getrennten Stücken 58 A und 58 B, die an der Fläche 58 C aneinanderstoßen. Die Unterseite dieser Buchse bestimmt die vordere Nabenfläche 62 des gegossenen Rades. Die Buchse 56 isoliert das in der enthaltene flüssige Metall vom umgebenden Graphitmatcrial in der Bohrung 57 der Oberform, so daß das flüssige Metall in der Buchse 56 als Steiger wirkt, nachdem es eingegossen worden ist.

Das Eisenbahnrad besitzt eine hohle, zentrische Nabe, damit es auf einer Achse befestigt werden kann. Vorzugsweise wird die Nabe beim Gießen ausgespart. Zu diesem Zweck wird ein massiver Nabenkern 60 (vgl. F i g. 1) in eine Aussparung 63 der Unterform eingesetzt. Dieser Nabenkern steht senkrecht und ragt etwas über die vordere Nabenfläche 62 in der Höhe hinaus. Die F i g. 3 zeigt, daß die Aussparung 63 für den Nabenkern aus einer unteren, ringförmigen Fläche 64 und einer schrägstehenden Fläche 65 besteht.

Zur Befestigung des Nabenkerns 60 in der Aussparung 63 und zur Sicherung des Nabenkerns 60 gegen Wegspülung aus der Unterform 14, wenn das flüssige Metall den Kern umgibt, wird ein Klebemittel benutzt. Der Nabenkern kann beispielsweise aus mit Öl gebundenem Sand bestehen. Andere geeignete Kernmaterialien können auch verwendet werden und fallen in den Bereich der vorliegenden Erfindung.

Obgleich die isolierende Auskleidung und die Graphitblöcke sich als ausreichend durchlässig erwiesen haben und Gase, die während des Eingießens entstehen können, hindurchtreten lassen, ist es vorteilhaft, das Entweichen der Gase zusätzlich noch zu / erleichtern, indem man in dem Oberteil Lüftungs- \ öffnungen 70 vorsieht. Diese werden zweckmäßigerweise an der erhöhten Seite des Oberteils 10 angebracht, d. h. auf der rechten Seite der in F i g. 1 dargestellten Gießform. Wenn nämlich der tiefer liegende, linke Abschnitt des Gießraumes (vgl. F i g. 1) gefüllt wird, können die entstehenden Gase noch immer über die höherliegenden Lüftungslöcher 70, die auf einem Winkel von 180' auf der rechten Seite des Oberteiles 10 (vgl. F i g. 1) an der Stirnseite 40 des Radkranzes verteilt sind, entweichen.

Die Lüftungslöcher 70 werden so hergestellt, daß man Löcher in den Graphitblock bohrt, sie mit ölgebundenem Sand füllt und dann einen etwa 3 mm starken Draht durch den ölgetränkten Sand schiebt, so daß eine etwa 3 mm weite, mit Sand ausgefütterte Öffnung entsteht. Etwa drei bis vier Minuten nach Beendigung des Eingießvorganges werden die Klammern 16 gelockert, so daß sich das Gußstück nach der Erstarrung des flüssigen Metalls vor allem an den konischen, hinteren Flächen 38 und 39 des Radkranzes ungehindert zusammenziehen kann.

Nachdem sich eine äußere Haut oder Hülle aus erstarrtem Metall gebildet hat, welche das im Inneren des Gußstücks noch nicht erstarrte Metall zurückhält, brauchen die ringförmigen Dichtungsflächen 23 und 24 der Oberform und der Unterform nicht mehr länger in dichtem Zustand aneinanderliegen. Es wurde festgestellt, daß beim Zusammenziehen des Radkranzes die Oberform 10 nach dem Entfernen der Klammern 16 ein kleines Stück nach oben gezwängt wird. Das heißt, die konischen Flächen 38 und 39 des Gußstücks ziehen sich nach innen auf die zentralliegende Nabe hin zusammen, während der Erstarrungsprozeß abläuft, wobei das Rad und die Oberform 10 angehoben werden. Die Lösung der Oberform 10 von der Unterform 14 während des Zusammenziehens des Radkranzes verhindert das Zerreißen oder Brechen an den Übergangsabschnitten 36 und 37.

Etwa 8 bis 10 Minuten nach dem Eingießen wird bei dem betrachteten Beispiel die Oberform 10 angehoben und das gegossene Rad davon losgelöst. Die Gußstücke können dann zu einem Tauchbecken zum Abkühlen befördert und danach einer Wärmebehandlung unterzogen werden.

Nachdem die Gießform für eine große Anzahl von

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Gießvorgängen benutzt worden ist, wird die Ober- Kolloidales Siliziumoxyd

fläche des Gießraumes aufpoliert, indem eine gleich- (30°/₀ SiO₂) 2160 ecm

mäßige Schicht von etwa 6 mm Stärke längs der im . .. , . .

wesentlichen waagerechten Gießraumabschnitte ein- Zitronensaure (einmolare Losung). 34 ecm

schließlich der ringförmigen Dichtungsflächen 23 und 5 Kyanit (Siebfeinheit kleiner

24, abgenommen wird. Die Graphitblöcke sind so 25 Maschen/cm) 7,5 kg

dick, daß sie sehr viele derartige Bearbeitungen zur

Erneuerung des Gießraumes zulassen. Magnesiumsulfatlösung

Die aus einem keramischen Stoff bestehenden iso- (⁶⁰⁰ S/10°° ecm H 20) 35 ecm

lierenden Auskleidungen 30 und 31 haften auf der io

Graphitoberfläche ohne zusätzliche Anwendung von Die oben angegebenen Mengen stellen Näherungs-Klebe- oder Bindemittel oder von mechanischen Be- werte dar, die sich in Abhängigkeit von der Temperafestigungselementen. Es kann angenommen werden, tür, der Feuchtigkeit und anderen Umgebungsbedindaß die Graphitoberfläche porös genug ist, um das gungen, welche den Verfestigungsprozeß zeitlich bekeramische Auskleidungsmaterial anzunehmen, wel- 15 einflussen, ändern.

ches sich beim Aushärten selbst mit dem Graphit Das kolloidale Siliziumoxyd, Zitronensäure und mechanisch verbindet. Für andere isolierende Ma- Kyanit werden sorgfältig gemischt, wobei das Kyanit terialien können mechanische Mittel, Befestigungs- zugesetzt wird, wenn die Viskosität etwa einen Wert elemente oder Klebstoffe zu ihrer Befestigung ver- von 82° Be erreicht hat. Die Sulfatlösung wird zuwendet werden. 20 gegeben und gut darunter gemischt. Dann ist die

Ein geeignetes Verfahren zum Anbringen der iso- breiige Masse gebrauchsfertig. Die Menge der zugelierenden Auskleidung 30 auf der Unterform 12 wird setzten Sulfatlösung bestimmt die Verfestigungszeit, nachstehend im Zusammenhang mit den F i g. 5 Je größer die Menge des zugesetzten Sulfates ist, um und 6 beschrieben. Das Unterteil 12 der Form wird so kürzer die Verfestigungszeit. Wird die breiige mittels Bohrungen 121 in einer Matrizenplatte 122, 25 Masse auf eine warme Gießform aufgetragen, wird die zu einer Matrizenvorrichtung 124 gehört, aus- der Abbindeprozeß beschleunigt. Eine Abbindezeit gerichtet. Die Matrizenvorrichtung 124 enthält eine von etwa 15 Minuten bei Raumtemperatur verkürzt zentrierte Matrize 125, deren Oberfläche 126 dem sich auf eine Abbindezeit von einer Minute, wenn die Abguß eines Rades entspricht. Das isolierende Ma- Gießform eine Temperatur von etwa 70⁰C besitzt, terial.wird auf die Matrize 125 aufgebracht und die 30 was für das Auftragen durch einen schwenkbaren Unterform 12 so auf die Matrize 125 gelegt, daß Arm ausreicht.

längs der ringförmigen Fläche 43 (vgl. F i g. 6) eine Das erste Abbinden der keramischen Auskleidungen Berührung zustande kommt, wobei eine genügend 30 und 31, welche in Form einer breiigen Masse vorgroße Kraft zum Pressen und Verteilen des kera- liegen, wenn sie mit einem Schwenkarm oder durch mischen Materials ausgeübt wird. Überflüssiges kera- 35 die Injektionsmethode angebracht werden, wird durch misches Material wird dabei nach außen gepreßt und die Wärme der Oberform 10 und der Unterform 14 entfernt. Die Matrize 125 könnte' aber auch mit beschleunigt. Bei einer laufenden Produktion befinden inneren Leitungen versehen werden, durch welche das sich die Oberform 10 und die Unterform 14 auf er-Auskleidungsmaterial in den Raum zwischen der teller- höhter Temperatur, die von der Restwärme voranförmigen Fläche 106 der Unterform 12 und der Fläche 40 gegangener Gießvorgänge herrührt. Wenn die Ober- 126 der Matrize 125 einzuführen wäre. Man läßt die form 10 und die Unterform 14 zum erstenmal benutzt keramische Auskleidung 30 abbinden und hebt dann werden, wärmt man sie auf etwa 65 bis 8O⁰C vor, die Unterform 12 mit der angebrachten isolierenden um den Verfestigungsprozeß der widerstandsfähigen Auskleidung 30 von der Oberfläche 126 der Matrize keramischen Auskleidungen 30 und 31 zu erleichtern. 125 ab. Die Oberfläche 126 der Matrize 125 kann mit 45 Nachdem die Auskleidungen 30 und 31 sich vereinem das Ablösen erleichternden Mittel versehen festigt haben, werden sie ausgehärtet. Zu diesem werden, falls dies gewünscht wird. Zweck werden die Oberform 10 und die Unterform 14

Ein anderes Verfahren zum Auftragen der isolieren- beispielsweise zu einer vollständigen Gießform zuden Auskleidungen 30 und 31 besteht darin, eine sammengebaut und genügend lange Zeit in einem Drehvorrichtung 135 (vgl. Fig. 4) zu benutzen, 50 Ofen auf einer Temperatur von etwa 200⁰C gehalten, welche einen schwenkbaren Arm 136 besitzt, der mit Bei dieser Wärmebehandlung wird auch die meiste einer Hülse 137 verbunden ist, so daß er um einen Feuchtigkeit aus der Gießform herausgetrieben. Kurz Zapfen 138 herumgedreht werden kann. Der Zapfen bevor das flüssige Metall in die Gießform gefüllt 138 ist mit einem Stöpsel 140 verbunden, welcher in wird, nimmt man diese aus dem Ofen, füttert die einer Aussparung 63 der Unterform 14 sitzt. Wenn 55 Entlüftungsbohrungen (falls solche verwendet werden) eine bestimmte Menge des isolierenden Materials in mit Sand, bringt eine zentrische öffnung darin an, breiiger Form auf der zu belegenden Fläche ange- befestigt den Nabenkern 60 in der richtigen Position bracht worden ist, wird der Schwenkarm 136 in eine und besprüht die nicht ausgekleideten Oberflächendrehende Bewegung versetzt, so daß eine mit ihm bereiche des Gießraumes mit einer Mischung aus verbundene Platte 142 mitbewegt wird und zwischen 60 Zirkonmehl, Betonit und Wasser. Dieses Gemisch ihren Endpunkten 145 und 146 das keramische wird in einer sehr feinen Schicht von etwa 0,4 mm oder Material aufformt. weniger Dicke aufgetragen. Der Zweck dieser Mi-

Es wird weiter unten noch näher erläutert, daß schung ist es, die Graphitoberfläche zu schützen. Sand als Auskleidungsmaterial verwendet werden Nach Gebrauch werden die Gießräume des Oberkann. Es können aber außerdem auch viele andere 65 teils und Unterteils der Form gereinigt, um besonders keramische Stoffe benutzt werden. Ein keramisches - irgendwelche Rückstände der Auskleidungen 30 und Auskleidungsmaterial besitzt für die Auskleidungen 31 und der Buchse 56 zu entfernen. Dann sind die 30 und 3Γ etwa folgende Zusammensetzung: Formteile wieder bereit, mit einer neuen Auskleidung

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30 und 31 und einer neuen Buchse 56 für den nächsten zugsweise ein einfacher Buchsenkern 56 und ein

Gießvorgang versehen zu werden. Nabenkern 60, so wie oben im Zusammenhang mit

Die F i g. 7 und 8 zeigen eine andere Ausführungs- F i g. 1 erläutert.

form dieser Erfindung mit aus Sand bestehenden Aus- F i g. 8 zeigt deutlich, daß der Steigereinguß 25

kleidungen 200 und 201. 5 eine Buchse 213 enthält, welche der obenbeschrie-

Bei den hier dargestellten Ausführungsformen benen Buchse 56 ähnlich ist. Unter dieser Buchse 213

dieser Erfindung sind die keramischen Auskleidungen befindet sich ein kreisförmiger Filterkern 214, der aus

30 und 31 längs der tellerförmigen Flächen 32 und 33 einem ringförmigen Flansch 214 F besteht, der mit

etwa 8 mm dick, während die Sandauskleidungen 200 einem Klebemittel mit der Buchse 213 und dem ring-

und 201 längs der tellerförmigen Flächen 32 und 33 io förmigen Teil 212 der Auskleidung 200 verbunden ist.

der entsprechenden Graphitblöcke 11 und 12 etwa Ferner ist der Filterkern 214 mit mehreren bogen-

17 mm stark sind. Die Dicke der Sandauskleidungen förmigen Schlitzen 214 S versehen, durch welche das 200 und 201 nimmt bis auf etwa 21 mm an der hinteren flüssige Metall ungehindert in den Nabengießraum Übergangsfläche 36 zu. Die Sandauskleidung an der um den Nabenkern strömen kann.
Übergangsfläche 37 ist etwa 27 mm stark. Diese 15 Wenn der Radkranzgießraum 50, der tellerförmige relativ dicken Auskleidungen an den Übergangsfiächen Gießraum 51 und der Nabengießraum 45 mit flüssigem 36 und 37 sind sehr wichtig, weil sie bei der Kontrak- Metall gefüllt sind,.strömt das Metall durch öffnungen tion des Gußstücks dieses vor Brüchen oder Rissen zwischen den oberen räumlich getrennten Stützbeinen im heißen Zustand bewahren und auch die Graphit- 217 des Nabenkerns 216 in eine zentral gelegene form vor Brüchen oder Rissen schützen. Das heißt, 20 Öffnung 214 G im Filterkern 214, wo es einen auf dem die Sandauskleidungen 200 und 201 sind dick und Filterkern 214 liegenden Abdeckkern 219 anhebt und nicht hart oder starr, sondern, im Gegensatz etwa wegspült. Die zentrale öffnung im Filterkern 214 zum Graphit, nachgiebig, so daß sie sich unter dem stellt eine große zentrale Öffnung zum Einfüllen Druck der konischen Flächen 38 und 39 während der flüssigen Metalls über die Buchse 213 in den Naben-Kontraktionsphase des erstarrten Metalls verschieben 25. gießraum 45 dar, wobei eine gerichtete Erstarrung, lassen. Um die Auskleidungen 200 und 201 mit den ausgehend von Radkranzgießraum 50, wo das flüssige entsprechenden Graphitblöcken 11 und 12 verbinden Metall durch den Graphit an der Stirnfläche 40, der zu können, wird jeder Graphitblock mit einer Reihe Lauffläche 41 und der Spurkranzfläche 43 abgeschreckt räumlich getrennter Bohrungen 202, 204 und 205 wird, stattfindet.

versehen, welche durch die Graphitblöcke 11 und 12 30 Die Öffnungen 214 S im Filterkern 214 sind so

gebohrt sind und von der entsprechenden Auskleidung dimensioniert, daß das flüssige Metall aus dem Vorrats-

200 und201 bis zur äußeren Oberfläche des entsprechen- bad in der Buchse 213 mit konstanter und gesteuerter

den Graphitblockes 11 oder 12 führen. In der Praxis Geschwindigkeit hindurchströmen kann und den

sind die Bohrungen 203, 204 und 205 jeweils etwa Gießraum in turbulenzfreier Strömung füllt. Wenn der

18 mm weit, und es wurden etwa neunzehn solcher 35 Pegel des flüssigen Metalls die Unterseite des Abdeck-Bohrungen in jedem Graphitblock 11 und 12 ange- kerns 219 erreicht, wirkt der Kern 219 nicht mehr bracht. Kleine Gitter 203 A, 204 A und 205 A sind länger als Abdeckung für die zentrale 214 G, so daß in den entsprechenden Öffnungen etwa 18 mm von durch diese heißes flüssiges Metall von oberhalb des der Graphitoberfläche entfernt angebracht, um zu Filterkerns 214 in die Nabenzone strömen kann und verhindern, daß der Sand mit dem durch die Gitter 40 ein Schrumpfen des erstarrenden Metalls in den 203 A, 204 A und 205 A entweichenden Gas nach Gießräumen verhindert. Der Filterkern 214 sorgt auch außen befördert wird. dafür, daß der Steiger nur schwach an der Nabe sitzt

Wenn der Sand sich infolge der Resthitze der Gieß- und von der vorderen Nabenfläche 62 (vgl. F i g. 8)

form oder durch Erwärmung in einem Ofen ver- leicht abgebrochen werden kann,

festigt hat, sitzen in den gleichzeitig zur Lüftung 45 Die Sandmischungen für die Auskleidungen 200

dienenden öffnungen 203, 204 und 205 harte Sand- und 201 können mit öl, Harz und anderen Stoffen

zapfen von etwa 18 mm Länge und befestigen die gebunden werden.

Auskleidungen 200 und 201 an den entsprechenden Ein bevorzugtes Verfahren zum Anbringen der

Graphitblöcken 11 und 12. Auskleidungen 200 und 201 veranschaulicht Fig. 7.

Die Sandauskleidungen 200 und 201 werden außer- 50 Dabei wird eine Matrize 223 mit dem Unterteil 14 dem durch in ringförmigen Rillen liegende Abschnitte der Form ausgerichtet. Die Matrize 223 besitzt einen 208 und 209, die sich in den Graphitblöcken 11 und 12 Rand, welcher mit der Randfläche 43 des Graphitin der Nähe des Radkranzes befinden, mechanisch blocks 12 dicht abschließt, so daß kein Sand aus der befestigt. Die Auskleidung 201 wird ferner im Gra- Matrize 223 entweichen kann. Die Bohrungen 228 phitblock 12 durch einen ringförmigen Abschnitt 210 55 führen bis zur Oberfläche 230 der Matrize, die von in der Nähe der Nabe, wo der Graphit mit dem der Oberfläche 106 des Graphitblocks 12 räumlich Metall direkt in Berührung kommt, zusätzlich ver- getrennt ist. Der Sand wird vorzugsweise mit Luft ankert. über einen Kanal 235 durch Bohrungen 229 und die

An der vorderen Nabenübergangsfläche 48 nimmt Bohrungen 228 in der Matrize 223 geblasen,
die Stärke der Sandauskleidung 200 auf etwa 27 mm 60 Der hereingeblasene Sand, aus dem die Auskleidung zu und geht in eine obere ringförmige Buchse 212 201 geformt werden soll, wird in den Raum zwischen über, die beträchtlich über die vordere Nabenfläche der Oberfläche 230 der Matrize und dem Graphitoder die Ebene 62 hinausragt. Diese zusätzlich ring- block 12 verdichtet. Der den Sand transportierende förmige Buchse 212, die aus Sand besteht, verhindert Luftstrom tritt durch öffnungen 239 in der Matrize eine rasche Wärmeableitung von dem in der Steiger- 65 223 wieder aus. Die Luft tritt auch durch die öff- und Eingießöffnung 25 oberhalb der Nabenfläche 62 '" nungen 203, 204 und 205 aus, während sich diese befindlichen Metall zum Graphit. Die in dem Steiger- öffnungen mit Sand füllen,
einguß 25 (vgl. F i g. 8) verwendeten Kerne sind vor- Vorzugsweise werden die Sandauskleidungen 200

und 201 aus bekannten, mit öl oder Natriumsilikat gebundenen Sandmischungen hergestellt. Es können aber auch Harz-Bindemittel oder andere Bindematerialien verwendet werden.

Typische Stähle für Fahrzeugräder haben etwa folgende Zusammensetzung: Kohlenstoff bis zu 1,20%; Mangan zwischen 0,60 und 0,85%; Phosphor bis 0,05%; Schwefel bis 0,05 %; mindestens 0,15% Silizium; und ansonsten im wesentlichen reines Eisen bis auf spezielle Zusätze. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf Eisenbahnfahrzeugräder beschränkt oder auf irgendwelche Kohlenstoffstähle, sondern auch zum Gießen anderer Metalle geeignet, von denen, ohne eine Abgrenzung damit andeuten zu wollen, etwa folgende erwähnt seien: hochlegierte Stähle, hitzebeständige Stähle, rostfreie Stähle, schmiedbares Eisen, Manganstähle, abriebfestes Gußeisen, Nickel- und Kupferlegierungen, Stähle mit geringerem Kohlenstoffgehalt und anderen Zusätzen und Kohlenstoffstähle.

Auch die Auskleidung kann sich bei verschieden gestalteten Rädern nicht nur in der Dicke, sondern auch in ihrer Gestalt ändern.

Es ist manchmal wünschenswert, den Graphit an der hinteren Nabenfläche 49 A, so wie in F i g. 3 dargestellt, auszukleiden, und manchmal ist es nicht wünschenswert, so wie in'F ig. 8 dargestellt, den Graphit an der hinteren Nabenfläche auszukleiden. Ist der Graphit an der hinteren Nabenfläche 49A nicht ausgekleidet, so erstarrt das Metall in der Nabe schneller, und gestattet es, daß die Räder früher aus der Gießform genommen werden können, als dies der Fall wäre, wenn die hintere Nabenfiäche 49A mit einer isolierenden Auskleidung versehen ist. In der in Fig. 8 dargestellten Ausführungsform dieser Erfindung kann das gegossene Rad nach etwa 20 bis 25 Minuten aus der Form genommen werden, weil die hintere Nabenfiäche 49A nicht ausgekleidet ist, sondern nur einen dünnen Belag trägt.

Während die dargestellten Ausführungsformen der Erfindung aus einem Stück bestehende Graphitblöcke aufweisen, sei darauf hingewiesen, daß viele einzelne Graphitteile ebenso verwendet werden können.

Bleibt z. B. die Nabenfläche 49 ohne Auskleidung, so kann die Nabenfläche 49 von einem einzelnen, nicht zusammenhängenden Graphitteil gebildet werden, das von dem übrigen Graphitblock der Unterform getrennt ist. Der Nabenabschnitt könnte daher nach Erosionserscheinungen am Graphit an der Nabenfläche 49 leicht ersetzt werden.

Claims (11)

. Patentansprüche:

1. Gießform zum Gießen eines Metallgußteiles, welches einen von einem dicken Außenteil umgebenden dünnen, plattenförmigen Mittelteil hat, mit einem in der Mitte angeordneten, für den Schwerkraftguß geeigneten Steigereinguß und bei der verschiedene Flächenteile mit unterschiedlichen Wärmeleiteigenschaften vorgesehen sind, um das Gußstück gerichtet erstarren zu lassen, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Formkörpers fester Graphit ist, welcher im Bereich des plattenförmigen Teiles (51) des Hohlraumes mit einer wärmeisolierenden Auskleidung (30, 31 bzw. 200, 201) versehen ist.

2. Gießform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Lüftungsöffnungen (70 bzw. 203, 204 und 205) vorgesehen sind.

3. Gießform nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ihr Gießraum die Form eines Rades, insbesondere für Eisenbahnfahrzeuge hat.

4. Gießform nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die schützende Auskleidung (30, 31) im Bereich gekrümmter Übergangsfiächen (36, 37) zwischen einem äußeren Laufkranzabschnitt (50) und dem dünnen plattenförmigen Mittelteil (51) des Rades in die Graphitoberfläche der Gießform übergeht.

5. Gießform nach Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, daß die schützende Auskleidung (200, 201) den gesamten Bereich zwischen dem Nabenabschnitt (45) und dem Laufkranzabschnitt (50) einschließlich der gekrümmten Ubergangsflächen bedeckt.

6. Gießform nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskleidung aus mit Harz gebundenem Sand besteht.

7. Gießform nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskleidung (200, 201) Zapfen aufweist, die in Öffnungen (203, 204, 205) der Graphitform eingreifen.

8. Gießform nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die kombinierte Eingieß- und Steigeröffnung mit einem Filterkern (214) und einejn nach dem Vollgießen der Form hochschwimmenden Abdeckkern (219) ausgerüstet ist.

9. Verfahren zur Herstellung einer Gießformauskleidung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein loses Auskleidungsmaterial durch Blaswirkung auf die auszukleidende Oberfläche aufgebracht wird.

10. Verfahren zur Herstellung einer Gießformauskleidung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein loses Auskleidungsmaterial auf der auszukleidenden Oberfläche abgelegt und dann durch mechanischen Drehvorgang geformt und verfestigt wird.

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11. Verfahren zur Herstellung einer Gießform nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine aus keramischem Material bestehende Auskleidung in breiigem Zustand durch Preßwirkung geformt und dann gehärtet wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen