DE19710240C2 - Abschreckplatte und Stapelgießform - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Abschreckplatten so­ wie eine Stapelgießform, die für einen Gießformaufbau ver­ wendet wird, in welchem in einer Gießform oder in einem Formkasten Abschreckplatten eingesetzt sind.

Verbundgußeisenmaterialien mit einer durch die Verwen­ dung von Abschreckplatten während des Gießenverfahrens aus­ gebildeten Abschreckstruktur sind weit verbreitet im Ein­ satz.

Nockenwellen für Brennkraftmaschinen mit innerer Ver­ brennung sind ein typisches Anwendungsgebiet dafür. Momen­ tan werden in Japan und Europa in mehr als 70% der mittle­ ren und kleinen Brennkraftmaschinen mit innerer Verbren­ nung, ausgenommen in jenen für große Schiffe, aus Verbund­ gußeisenmaterialien hergestellte Nockenwellen verwendet, die eine Abschreckstruktur aufweisen, welche durch einen Gießverfahren mit teilweise erzwungenen Kühl- und Härte­ schritten nur an einem Nockenabschnitt ausgebildet sind. Durch das Abschrecken des gesamten Umfangs des Nockenab­ schnitts oder das Ausbilden eines Hohlwellenabschnitts kann die Härte des abgeschreckten Abschnitts und die Mikrostruk­ tur noch mehr verbessert werden, was den Anwendungsbereich derartiger Materialien erweitert.

Systeme oder Verfahren für die im Augenblick in Japan und Europa hergestellten, abgeschreckten Nockenwellen wer­ den im allgemeinen klassifiziert in: (1) ein Gießverfahren, das von einer durch mechanisches Verdichten oder Feststamp­ fen erhaltenen Grünsand-Hochdruckgießform Gebrauch macht, und (2) ein Gießverfahren, das von einer Gießform Gebrauch macht, die unter Verwendung eines chemischen Bindemittels gehärtet wird. In jedem Fall wird ein Gießformaufbau ver­ wendet, in dem in der Gießform Abschreckplatten eingesetzt sind, um die Nockenabschnitte der Nockenwelle gleichzeitig mit dem Gießen unter Zwang abzukühlen und zu härten. Ein derartiges System bzw. Verfahren wird beispielsweise in den US Patentschriften US 5,072,773 und US 5,450,665 beschrieben. In den Vereinigten Staaten werden die Nockenwellen meist durch einen Abschreckvorgang gehärtet, da ein automatisiertes Einsetzen der Abschreckplatten in ein Gießsystem nicht verfügbar ist.

Der jüngste Trend nach Kraftfahrzeugen von höherer Lei­ stungsfähigkeit führte zu komplizierteren Ventilmechanis­ men; dies wiederum erfordert eine Erhöhung der Zahl der in­ nerhalb einer bestimmten Nockenwellenlänge angeordneten Nocken und ein Härten der Oberflächen der erhöhten Nocken­ anzahl. Aus diesem Grund ziehen die Gießverfahren, die von Abschreckplatten Gebrauch machen, eine größere Aufmerksam­ keit auf sich.

Im Hinblick auf ein Gießverfahren, bei welchem in der Gießform Abschreckplatten eingesetzt sind, hat sich das Grünsand-Hockdruckgießverfahren, bei dem Wasser und ein mit einem Bindemittel versehener Grünsand einfach mechanisch verdichtet werden, angesichts der Tatsache, daß es hin­ sichtlich der Anwendbarkeit auf Produktgestaltungen be­ schränkt ist, die für eine höhere Nockenanzahl beabsichtigt sind, und daß das im Grünsand enthaltene Wasser mit der ge­ gossenen Metallschmelze bei Kontakt mit den Abschreckplat­ ten reagiert, was zu unbeabsichtigten inneren Gasdefekten führt, die mit einer höheren Nockenanzahl proportional an­ steigen, als nicht zufriedenstellend erwiesen.

Aus den vorstehenden Gründen ist ein Gießverfahren, bei dem die chemisch gehärtete Gießform verwendet wird, die an netzähnliche Formen leicht angepaßt werden kann und eine höhere Anpassungsfähigkeit an Produktgestaltungen aufweist, vorteilhafter als ein Gießverfahren, bei dem die Grünsand- Hochdruckgießform verwendet wird, obwohl letzteres Verfah­ ren eine hohe Produktivität vorsieht. Unter solchen Umstän­ den verwenden die meisten japanischen und europäischen Un­ ternehmen, die die abgeschreckten Nockenwellen produzieren, Gießverfahren, die auf einem Maskenformverfahren oder Kalt­ kastenverfahren basieren, bei welchen von einer chemisch gehärteten Gießform Gebrauch gemacht wird, und nur eine be­ schränkte Zahl von Unternehmen setzt Gießverfahren ein, bei denen die Grünsand-Hochdruckgießform für Gegenstände in be­ schränkten Gestaltformen verwendet werden.

Die chemisch gehärteten Gießformen für die abgeschreck­ ten Nockenwellen für Brennkraftmaschinen mit innerer Ver­ brennung von Kraftfahrzeugen werden unter Verwendung des Maskenformverfahrens hergestellt, wobei die oberen und un­ teren Gießformen (Oberkasten und Unterkasten) unabhängig hergestellt und nach dem manuellen Einsetzen der Abschreck­ platten geschlossen und verbunden werden. Dabei werden der­ artige Angußsysteme verwendet, um horizontal gegossene und seitlich angeordnete Mehrfachformstücke, vertikal gegossene und seitlich angeordnete Mehrfachformstücke, vertikal ge­ gossene und länglich angeordnete Mehrfachformstücke und vertikal gegossene, seitlich angeordnete Stapelguß-Mehr­ fachformstücke zu erhalten.

Schnelle Fortschritte in der jüngsten Entwicklung von Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung beschleunigten den Trend zu Mehrfach-Nockenkonfigurationen, insbesondere in Motoren mit magerer Verbrennung. In einem einzelnen Noc­ ken-Ventil-System für Vierzylindermotoren, beispielsweise, können auf einen Zylinder sogar fünf Nocken anfallen, was eine Zahl von zwanzig Nocken für eine einzelne Nockenwelle bedeutet. Dies macht erforderlich, daß in einer Gießform eine solch einer Nockenzahl entsprechende hohe Anzahl von Abschreckplatten eingesetzt werden. Um die Herstelleffizi­ enz von Massenproduktionsartikeln zu verbessern, wurde es daher unabdingbar, den Ein- und Ausbau von Abschreckplatten voll zu automatisieren, wobei verschiedene herkömmliche Schritte, d. h. das Zusammentragen, Trennen und Anordnen der Abschreckplatten, das Anbringen an Magazine oder Spei­ chereinrichtungen und das Einsetzen der Abschreckplatten in eine Gießform, verkürzt werden.

Als eine mögliche Lösung dafür wird eine Vielzahl der Abschreckplatten oder seitlich angeordneten Sätzen der Ab­ schreckplatten in einer Zahl, die einem ganzzahligen Viel­ fachen davon entspricht, zu einem einstückigen Element ver­ bunden. Derartige, zu einem einstückigen Element verbundene Abschreckplatten erfahren jedoch aufgrund der hohen Tempe­ raturen, denen sie während des Gießverfahrens ausgesetzt sind, eine Verformung als Ganzes. Dies bereitet Probleme bei der Herstellung einer Gießform und der Qualität von Produkten.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, das vorstehend beschriebene Problem oder den zu verbessernden Punkt anzugehen.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1 oder 5.

Der optimale Weg für eine Automatisierung des Ein- und Ausbaus der Abschreckplatten und für die Lösung des vorste­ hend beschriebenen Problems besteht in der Vorsehung einer Überlagerungs- bzw. Stapelgießform mit Abschreckplatten, welche hergestellt wird, indem die Abschreckplatten nach einem festen Muster bzw. an einem stabilen Metallgießform­ modell angeordnet werden und indem der dazwischen ausgebil­ dete Spalt mit Formsand gefüllt wird. Die Verbesserung be­ ruht auf der Kenntnis, daß die dabei angetroffene Schwie­ rigkeit ihre Ursache in nicht einheitlichen Konfigurationen oberer und unterer Teile einer einzelnen Abschreckplatte, wo verschiedene Profile nebeneinander bestehen, und in der Starrheit einer Vielzahl von derartigen Abschreckplatten hat, wenn diese integriert werden, indem sie zu einer Viel­ zahl seitlicher Reihen oder Anordnungen verbunden werden.

Im besonderen wird gemäß der vorliegenden Erfindung ei­ ne Abschreckplatte vorgesehen, die im wesentlichen dieselbe Höhe hat wie eine Gießform sowie an der linken und rechten Seite ihrer oberen Oberfläche vorgesehene Aushöhlungen, die jeweils einem Teilabschnitt von einem Viertel eines jeden abzuschreckenden ersten Bauteils entsprechen, welche seit­ lich aneinander angrenzen, und an der linken und rechten Seite ihrer unteren Oberfläche vorgesehene Aushöhlungen aufweist, die jeweils einem Teilabschnitt von einem Viertel eines jeden abzuschreckenden zweiten Bauteils entsprechen, welche unterhalb der abzuschreckenden ersten Bauteile ange­ ordnet und seitlich aneinander angrenzend sind.

Mit solch einer Gestaltung der Abschreckplatte sind an separaten Stellen an einer einzelnen Abschreckplatte Vier­ tel eines einem Produkt in den seitlichen Anordnungen ent­ sprechenden Profils vorgesehen, so daß die Abschreckplatte kreuzförmig gestaltet ist. Dies ermöglicht eine Vereinfachung und gleichförmige Ausbildung der Abschreck­ platten, wodurch eine Verformung derselben aufgrund eines Wärmeschocks verhindert wird. Ferner wird an der Stelle, an der ein Nicht-Abschreckabschnitt geschaffen werden soll, ein solch einem Abschnitt ähnliches, überdimensioniertes Profil vorgesehen, so daß ein Spalt ausgebildet wird, in den Gieß- bzw. Formsand gefüllt wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird desweiteren eine Stapelgießform vorgesehen, welche Abschreckplatten, die an vertikal übereinander gestapelten Endplatten befestigt und an horizontal und vertikal angeordneten, feststehenden Ach­ sen angeordnet sind, und mit den Abschreckplatten ein­ stückige Ringe oder Vorsprünge aufweist, die sich zwischen den Abschreckplatten befinden, wobei die Abschreckplatten in eine zu den feststehenden Achsen orthogonale Richtung ein Spiel aufweisen.

Nachstehend erfolgt eine kurze Beschreibung der Erfin­ dung, wobei

Fig. 1 eine Vorderansicht einer Abschreckplatte gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist,

Fig. 2 eine Vorderansicht einer Abschreckplatte gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, wobei ein Profilteil nicht für das Abschrecken beab­ sichtigt ist,

Fig. 3 eine teilweise geschnittene Draufsicht einer Ab­ schreckplattenkassette gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist,

Fig. 4 eine Seitenansicht der Ausführungsform in Fig. 3 ist, und

Fig. 5 eine Schnittansicht einer Stapelgießform ist, in der die Abschreckplattenkassette gemäß der erfindungsgemä­ ßen Ausführungsform eingesetzt ist.

Nachstehend erfolgt eine Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 wird nun eine erfindungsge­ mäße Abschreckplatte 1 beschrieben. Die Abschreckplatte 1 hat im wesentlichen dieselbe Höhe wie jede der Gießformen, die gestapelt werden. Die Abschreckplatte 1 weist an der rechten und linken Seite ihrer oberen Oberfläche 2 Aushöh­ lungen 4, die jeweils einem Teilabschnitt von einem Viertel eines jeden von seitlich aneinander angrenzenden, ersten abzuschreckenden Nockenwellen-Nockenbauteilen 3 entspricht, und an der linken und rechten Seite ihrer unteren Oberflä­ che 5 Aushöhlungen 7 auf, die jeweils einem Teilabschnitt von einem Viertel eines jeden von zweiten abzuschreckenden Nockenbauteilen 6 entspricht, die sich unter den ersten Nockenbauteilen 3 befinden und seitlich aneinander angren­ zend sind.

Die seitlichen Oberflächen 8 der Abschreckplatte 1 sind in gegenüberliegender Anordnung von den seitlichen Oberflä­ chen 8 der angrenzenden Abschreckplatten 1 in minimal er­ forderlichen Zwischenräumen angeordnet.

In der Mitte der Abschreckplatte 1 ist ein Loch 9 aus­ gebildet, um eine feststehende oder schwimmende Achse auf­ zunehmen, die später beschrieben wird.

Wie aus der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform er­ sichtlich ist, können für den Fall, daß einige der Aushöh­ lungen 4 und 7 (in der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform die den Aushöhlungen 4 an der linken und rechten Seite der oberen Oberfläche entsprechenden Abschnitte) als Nicht-Ab­ schreckabschnitte ausgebildet werden sollen, die Aushöhlun­ gen 4 als den entsprechenden Abschnitten 10 ähnliche, über­ dimensionierte Profile ausgebildet werden, so daß Zwischen­ räume vorgesehen werden, die mit Formsand aufzufüllen sind.

Fig. 3 zeigt eine Draufsicht einer Gießform 11, bei der die Abschreckplatte 1 einen sich in die Richtung des Mit­ tellochs 9 erstreckenden Vorsprung 12 aufweisen kann oder zwischen den angrenzenden Abschreckplatten 1 eine Buchse 13 eingesetzt sein kann. Desweiteren sind an den seitlichen Oberflächen 8 der angrenzenden Abschreckplatten 1 Löcher ausgebildet, um Stifte 14 aufzunehmen; die Abschreckplatten 1 werden miteinander verbunden, indem in die zusammengehö­ rigen Löcher beider Abschreckplatten 1 die Stifte 14 einge­ setzt werden (siehe Fig. 4).

Nun erfolgt eine Beschreibung bezüglich der Anordnung der Abschreckplatten 1 in einer Kassette. Einige Abschreck­ platten 1 sind an feststehenden Achsen 17 befestigt, die wiederum mittels Muttern 16 an ihren beiden Endabschnitten an Abschluß- bzw. Endplatten 15 der Gießform 11 befestigt sind, wobei durch Ringe oder Buchsen 13 und 18 ein bestimm­ ter Zwischenabstand eingehalten wird. Die Abschreckplatten 1 und die Befestigungsachsen 17 sind derart befestigt, daß sich die Abschreckplatten 1 in einem sehr geringen Ausmaß orthogonal zu den feststehenden Achsen 17 bewegen können. Die Buchsen 13 und 18 verhindern, daß sich die Abschreck­ platten 1 in die axiale Richtung der feststehenden Achsen 17 bewegen.

Zwischen den feststehenden Achsen 17 sind schwimmende Achsen 19 angeordnet. Von den schwimmenden Achsen 19 werden in einem durch die Vorsprünge 12 oder Buchsen 13 definier­ ten Abstand weitere Abschreckplatten 1 getragen. Die von den schwimmenden Achsen 19 getragenen Abschreckplatten 1 sind durch die Stifte 14 mit den durch die feststehenden Achsen 17 getragenen Abschreckplatten 1 verbunden. Infolge­ dessen hängen die schwimmenden Achsen 19 an den feststehen­ den Achsen 17, wobei ihre beiden Endabschnitte freie Endab­ schnitte sind.

Fig. 5 zeigt den Zusammenhang zwischen den Abschreck­ platten 1 und den Achsen 17 und 19 in vertikal gestapelten Gießformen 11.

Wie vorstehend beschrieben ist in einer aus einer Viel­ zahl von seitlichen Nockenwellenanordnungen bestehenden Konfiguration ein Angußsystem 20, das für das Gießen uner­ läßlich ist, im allgemeinen in einem Freiraum an Nicht-Ab­ schreckachsen vorgesehen. Daher können die schwimmenden Achsen 19, die die Abschreckplatten 1 tragen, nicht an den Endplatten 15 befestigt werden, wobei jeder separate Satz von Abschreckplatten 1 an beiden Seiten, die zusammenge­ bracht werden, indem die Stifte 14 in die Löcher in der Mitte der Endflächen der linken und rechten Ränder gedrückt werden, von den angrenzenden Abschreckplatten getragen wird.

Fig. 5 zeigt eine die Abschreckplattenkassetten verwen­ dende Gießform, die einen Aufbau hat, in dem chemisch ge­ härteter Sand zugegeben ist. Eine Vielzahl von den Wellen­ abschnitten der Nockenwellen entsprechenden Aushöhlungen sind in seitlicher Richtung so angeordnet, daß sie in Längsrichtung zueinander parallel sind; die Form einer Wel­ lenabschnitthälfte wird durch die Verwendung von Sand 21 an den Ober- und Unterseiten jeder Gießform ausgebildet. Die Abschreckplatten sind an bestimmten Positionen so angeord­ net, daß sie zu den Wellenabschnitten orthogonal sind. In diesem Fall sind die Abschreckplatten für jede Nockenwelle in die Abschreckplattenkassette eingebaut, die an einem stabilen Modell zur Ausbildung einer chemisch gehärteten Form angeordnet ist. Die oberen und unteren Ränder der Ab­ schreckplatten sind nach den Trennflächen der Gießform 11 ausgerichtet, so daß die Aushöhlungen vertikal geöffnet werden können.

Die Gießformen werden gestapelt, indem die Trennflächen der Gießformen, wie in Fig. 5 gezeigt, einfach aneinander angepaßt werden, die an den Trennflächen den Wellenab­ schnitten entsprechende Nockenprofile und Aushöhlungen de­ finieren.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, die Schritte zur Trennung und Anordnung sowie zum Laden der einzelnen Abschreckplatten in ein Magazin für Massenproduktionsarti­ keln zu überspringen. Dies ermöglicht es, daß die Ab­ schreckplatten automatisch eingebaut und entfernt werden können, und trägt dazu bei, die Effizienz eines Gießereiun­ ternehmens durch das Vorsehen einer vollautomatisierten Fertigungsstraße für teilweise abgeschreckte Gußteile zu verbessern.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Zwischen­ räume zum Einfüllen von Formsand kleiner werden, so daß das Sand-Metall-Verhältnis minimiert wird, da die feststehenden Achsen und die integrierten Abschreckplatten mit Ringen oder Vorsprüngen, welche eine erfindungsgemäße Abschreck­ plattenkassette bilden, in der Mitte jedes Abschnitts der Vielzahl von Gießformen angeordnet sind und das Profil der Ringe oder Vorsprünge einigermaßen frei konfiguriert werden kann.

Da die erfindungsgemäße Abschreckplattenkassette einen durch eine Vielzahl von feststehenden Achsen und Endplatten geschaffenen starren Rahmen hat und als eine Gießform mit einem starren Aufbau konfiguriert ist, wird die Gießform vor einer Verformung bewahrt. Desweiteren ist jede einzelne Abschreckplatte kreuzförmig ausgebildet, wodurch eine Verformung von den Abschreckplatten verhindert wird. Die Abschreckplattenkassette, die erhalten wird, indem eine Vielzahl von seitlichen Reihen oder Anordnungen derartiger Abschreckplatten verbunden wird, weist einen Mechanismus auf, der es ermöglicht, daß sich einzelne Abschreckplatten geringfügig bewegen können. Dies ermöglicht es, daß die Kassette während der Formgebung genau und verzeichnungsfrei in ein stabiles Modell einer Metallgießform eingepaßt wird, und verbessert deutlich die Dimensionsgenauigkeit von Guß­ teilen.

An der erfindungsgemäßen Abschreckplatte kann auf eine einfache Weise ein Nicht-Abschreckabschnitt vorgesehen wer­ den. Diesbezügliche Anwendungen umfassen Nockenwellen, bei denen durch das Abschrecken und Verbinden von Wellenab­ schnitten in versetzt angeordneten Stapelgußteilen nur die Nockennasen gehärtet werden müssen.

Obwohl spezielle, veranschaulichte Ausführungsformen gezeigt und beschrieben wurden, ist es für einen Fachmann ersichtlich, daß verschiedene Veränderungen und Abwandlun­ gen bezüglich der Erfindung ausgeführt werden können, ohne dabei vom Wesen und Umfang der Erfindung, wie in den ange­ fügten Ansprüchen dargelegt, abzuweichen.

Zusammenfassend gesagt sind Abschreckplatten in einer Kassette integriert, so daß die Zeit, die erforderlich ist, um die während der Ausgabe von Gußteilen verstreuten Ab­ schreckplatten erneut anzuordnen, eingespart wird. Jede Ab­ schreckplatte ist an ihren vier Ecken mit Aushöhlungen, die jeweils einem Viertel eines abzuschreckenden Bauteils ent­ sprechen, sowie einem Mittelloch ausgebildet, durch welches eine feststehende Achse eingesetzt wird.

Claims (7)

1. Abschreckplatte, die im wesentlichen dieselbe Höhe hat wie eine Gießform (11), mit:
an der linken und rechten Seite ihrer oberen Oberfläche (2) vorgesehenen Aushöhlungen (4), die jeweils einem Teil­ abschnitt von einem Viertel eines jeden von seitlich anein­ ander angrenzenden, ersten abzuschreckenden Bauteilen (3) entsprechen, und
an der linken und rechten Seite ihrer unteren Oberflä­ che (5) vorgesehenen Aushöhlungen (7), die jeweils einem Teilabschnitt von einem Viertel eines jeden von zweiten ab­ zuschreckenden Bauteilen (6) entsprechen, die sich unter­ halb der ersten abzuschreckenden Bauteile (3) befinden und seitlich aneinander angrenzen.

2. Abschreckplatte nach Anspruch 1, wobei jede Seiten­ oberfläche der Abschreckplatte (1) mit einer gegenüberlie­ genden, seitlich aneinanderpassenden Oberfläche einer an­ grenzenden Abschreckplatte (1) durch einen Stift (14) in Verbindung gebracht werden kann.

3. Abschreckplatte nach Anspruch 1 mit ferner einem Durchgangsloch (9), durch welches eine feststehende Achse (17) zum Tragen der angrenzenden Abschreckplatten (1) ein­ gesetzt ist.

4. Abschreckplatte nach Anspruch 1 mit ferner einem Vorsprung (12), der sich in Richtung der feststehenden Achse (17) erstreckt und an eine Seitenoberfläche einer an­ grenzenden Abschreckplatte (1) stößt.

5. Stapelgießform mit:
Abschreckplatten (1), die an horizontal angeordneten feststehenden Achsen (17) befestigt sind, welche an verti­ kal gestapelten Endplatten (15) gelagert sind, und
Ringen (13) oder Vorsprüngen (12), die sich zwischen angrenzenden Abschreckplatten (1) befinden, wobei die Ab­ schreckplatten in eine zu den feststehenden Achsen (17) or­ thogonale Richtung ein Spiel aufweisen.

6. Stapelgießform nach Anspruch 5 mit desweiteren schwimmenden Achsen (19), die zwischen den feststehenden Achsen (17) vorgesehen sind und Abschreckplatten (1) auf­ weisen, zwischen denen sich Ringe (13) oder Vorsprünge (12) befinden.

7. Stapelgießform nach Anspruch 6, wobei die von den schwimmenden Achsen (19) getragenen Abschreckplatten (1) durch Stifte (14) mit den von den feststehenden Achsen (17) getragenen Abschreckplatten (1) verbunden sind.