DE2905682C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Trichtereingußsystem für eine Gießform gemäß dem Oberbegriff des Pa­ tentanspruchs 1.

Bei einem derartigen Eingußsystem für eine mehrteilige Gießform, wie es in dem "Handbuch der Gießerei-Technik", F. Roll, 1970, 2. Band, Seiten 930 bis 952, gezeigt ist, ist in einem Kanal ein sogenannter Gießfilter angeordnet, der den Strömungsquerschnitt des Kanals verringert und den Strahl der Schmelze in mehrere Einzelstrahlen auf­ teilt, wodurch der auf die Formteile wirkende Gießdruck Vermindert werden kann, so daß ein Ausspülen der Oberflä­ che der Formteile trotz eines direkten Eingusses zuver­ lässig vermieden ist. Der Gießfilter kann gemäß dem Hand­ buch der Gießereitechnik entweder auf einer im Kanal aus­ gebildeten, umlaufenden Abstufung aufgelegt oder in eine im Kanal ausgebildete, umlaufende Nut eingepaßt sein. Im ersten Fall liegt er mit seinem Randbereich auf der Ab­ stufung lose auf, und es können nur die in Strömungsrich­ tung einwirkenden Kräfte aufgenommen und in die Gießform, die die Kanalwände bildet, abgeleitet werden. In Gegen- Strömungsrichtung einwirkende Kräfte führen hingegen zu einem Abheben des Gießfilters von dem Auflager, was übli­ cherweise als Aufschwimmen bezeichnet wird, da diese Kräfte infolge des ansteigenden Schmelzenpegels in dem Formhohlraum auftreten. Bei dem oben genannten zweiten Fall ist der Gießfilter fest in der die Kanalwände bil­ denden Form gehalten, so daß sowohl die in Strömungsrich­ tung als auch die in Gegen-Strömungsrichtung einwirkenden Kräfte aufgenommen und in die Form abgeleitet werden kön­ nen. Nach den Seiten 934 und 936 des betreffenden Hand­ buchs ist es auch möglich, in Strömungsrichtung auf den Gießfilter einwirkende Kräfte durch eingetriebene Form­ stifte in das Formoberteil abzuleiten.

Wenn die Metallschmelze direkt in den Kanal eingebracht bzw. eingegossen wird, prallt sie auf den Gießfilter auf, so daß auf diesen eine dynamische Stoßbelastung wirkt. Beim weiteren Eingießen der Metallschmelze wird der Kanal oberhalb bzw. stromauf des Gießfilters aufgefüllt, so daß zusätzlich auf diesen eine Belastung infolge der sich im Kanal ansammelnden Metallschmelze einwirkt. Da der Gieß­ filter nur in seinem äußersten Randbereich auf der Form aufliegt, ist die Lagerfläche, d. h. die Fläche des gegen­ seitigen Kontaktes zwischen dem Gießfilter und der Gieß­ form sehr klein. Die genannten Belastungen führen im Be­ reich der Lagerflächen zu hohen Spannungskonzentrationen. Da der Gießfilter infolge der auf ihn einwirkenden Kräfte Verformungen, insbesondere einer Durchbiegung in Strö­ mungsrichtung, unterworfen ist, kann er im belasteten Zu­ stand an seinen radial äußeren Rändern von der Auflager­ fläche abgehoben werden, wodurch an den radial inneren Rändern der Auflagerfläche sehr hohe Spannungsspitzen entstehen. Infolge der Spannungskonzentrationen können Teile der Gießform, insbesondere wenn diese aus Formsand besteht, abbrechen und in den Formhohlraum fallen, wodurch es praktisch unmöglich ist, mit der Gießform ein exaktes Guß- bzw. Formteil auszubilden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gießfil­ ter zu schaffen, der die auf ihn einwirkenden Kräfte un­ ter Vermeidung von Spannungsspitzen sicher aufnehmen und ableiten kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß ist der Gießfilter mit sich schalenartig nach außen erstreckenden Halteelementen versehen, mittels derer er in der Gießform verankerbar ist. Ein Randaufla­ gerbereich ist erfindungsgemäß nicht vorgesehen. Auf diese Weise werden die in Strömungsrichtung auf den Gieß­ filter einwirkenden Kräfte direkt in die Halteelemente geleitet. Da sich die Halteelemente schalenartig nach außen in die Gießform erstrecken, werden die auf den Gießfilter einwirkenden Kräfte mittels der Halteelemente in den stromauf gelegenen Bereich der Gießform geführt, ohne daß dadurch in der Form innere Spannungen erzeugt werden. Auf diese Weise wird eine Verlegung des Kraftein­ leitungsorts in das Innere der Form mittels der Halteele­ mente erreicht. Weil darüber hinaus die Kraftübertragung zwischen den schalenartigen Halteelementen und der Gieß­ form über einen relativ großflächigen Bereich, beispiels­ weise über eine Mantelreibung der Halteelemente erfolgt, treten keine Kerbspannungen oder daraus resultierende Spannungsspitzen auf, und das Abbrechen von Ecken oder Kanten der Form kann zuverlässig vermieden werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Trich­ tereingußsystems sind Gegenstand der Unteransprüche.

Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Gießform mit einem Eingußsystem gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 eine Seitenansicht einer Gießform mit einem Eingußsystem gemäß einer zweiten Ausführungs­ form der Erfindung und

Fig. 3 eine Seitenansicht einer Gießform mit einem Eingußsystem gemäß einer dritten Ausführungs­ form der Erfindung, wobei zusätzliche Möglich­ keiten zur Belüftung und zur Arretierung des Gießfilters dargestellt sind.

Bevor die Erfindung anhand der Zeichnungen ausführlicher erläutert wird, werden zum besseren Verständnis einige Definitionen angegeben. Der im folgenden verwendete Aus­ druck Metall soll sowohl reines Metall als auch eine Le­ gierung bezeichnen. Als Gießform wird jede Form bezeich­ net, die mit schmelzflüssigem Metall unter Schwerkraft­ einwirkung gefüllt wird. Der Formhohlraum ist derjenige Teil der Gießform, der dem herzustellenden Gußstück ent­ spricht, wie es durch ein Muster, ein Modell oder eine Gußstückzeichnung vorgegeben ist. Die Formhohlraumober­ fläche ist die innere Oberfläche der Gießform, die der Oberfläche des mit der Gießform herzustellenden Gußstücks entspricht. Mit Putzen, auch als Gußstückfertigbearbei­ tung oder nur Fertigbearbeitung bekannt, wird die Arbeit bezeichnet, bei der das vollständige Eingußsystem und Gußgrate entfernt werden, nachdem das Gußstück gegossen und aus der Gießform gelöst worden ist, und bei der alle notwendigen Nachbearbeitungen vorgenommen werden, um dem Gußstück die Form und die Abmessungen entsprechend der Gußstückzeichnung, dem Modell oder dem Muster zu geben.

Bisweilen wird aus Herstellungsgründen die Gußstückober­ fläche in der Gießerei modifiziert, wobei diese Modifika­ tion entweder vom Gußstückabnehmer akzeptiert wird oder beim Putzen von der Gießerei korrigiert wird. In beiden Fällen wird die modifizierte Gußstückoberfläche im Rahmen der Erfindung als die Oberfläche des Gußstücke betrach­ tet.

Ein direkter Einguß ist ein Kanal in der Gießform, der gleichzeitig die Aufgabe eines Eingußtrichters, eines Zu­ laufs und eines Auslaufs erfüllt. Ein solcher direkter Einguß ist in der Regel unzweckmäßig, wenn ein qualitativ hochwertiges Gußstück hergestellt werden soll; in vielen Fällen wird er jedoch möglich, wenn ein Gießfilter be­ nutzt wird. Ein Einguß-Speiser ist ein Kanal, der gleich­ zeitig die Aufgaben eines Eingußtrichters, eines Zulaufs, eines Auslaufs und eines Speisers erfüllt. Ein solcher Einguß-Speiser ist ohne weitere Hilfsmittel zur Herstel­ lung eines Gußstücks hoher Qualität nicht geeignet; wenn ein solcher Einguß-Speiser jedoch in Verbindung mit einem Gießfilter zur Anwendung kommt, ergibt sich der Vorteil der billigen Herstellung eines qualitativ hochwertigen Gußstücks.

In den Zeichnunqen bezeichnen gleiche Bezugszeichen iden­ tische oder entsprechende Teile und Elemente. Im folgen­ den wird zunächst auf Fig. 1 eingegangen, in der ein Gießfilter 1 dargestellt ist, der in gewisser Weise als Sperre wirkt und entlang einer Formhohlraumoberfläche 3 das innere Ende eines Eingußkanals 2 bildet. In Fig. 1 sind ferner erkennbar ein Formoberteil 4 und ein Formun­ terteil 5, die beim dargestellten Ausführungsbeispiel beide aus Teilchenmaterial, beispielsweise Formsand, be­ stehen, ein Formhohlraum 6, eine Formoberseite 7 und Öff­ nungen 8 im Gießfilter 1. Der in Fig. 1 dargestellte Gießfilter 1 hat mehrere Öffnungen 8, deren Gesamtfläche so bemessen ist, daß für ausreichende Füllung und im Be­ darfsfall für ausreichende Speisung des Gußstücks gesorgt ist. Der Gießfilter 1, der beispielsweise aus metalli­ schem Material besteht, erstreckt sich von der Formhohl­ raumoberfläche 3 schalenförmig nach außen, so daß sich eine Verankerung für den Gießfilter 1 im hitzebeständigen Teilchenmaterial des Formoberteils 4 ergibt. Im schalen­ förmigen Abschnitt sind bedarfsweise Löcher 9 ausgebil­ det, die die Verankerung verbessern. Ferner muß ein Ent­ lüftungskanal zur Ableitung sämtlicher Gase aus dem Form­ hohlraum 6 während des Füllens des Formhohlraums 6 beim Gießen vorgesehen sein, wenn ein solcher Entlüftungskanal nicht zwangsläufig durch die Gießform oder die Formgebung des Gußstücks entsteht. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 ist zu diesem Zweck ein Luftkanal 10 vorgesehen.

Der Gießfilter 1 wird in der Regel im oberen Bereich der Formhohlraumoberfläche 3 angeordnet. Diese Stelle wird gewählt, um den Abstand zwischen der Gießkelle oder Gieß­ pfanne und dem Formhohlraum 6 so kurz wie möglich zu hal­ ten und um ein späteres Nachspeisen des Gußstücks zu er­ möglichen. Das Metall wird daher vorzugsweise so dicht wie möglich an den Zentralbereich des Formhohlraums 6 ge­ bracht, so daß optimale Füllung und Speisung erreicht werden.

Die Gießfilter 1 können in Verbindung mit jeder Art von Gießform benutzt werden, sei sie im wesentlichen aus Sand, aus Graphit, aus Gips, aus Metall oder dergleichen. Ferner kann es sich bei der Gießform um eine Form han­ deln, die aus verschiedenen Materialien besteht, bei­ spielsweise eine Metallform in Verbindung mit qebundenen Sandkernen. Ferner können die Gießfilter 1 zum Gießen je­ des Metalls benutzt werden, das hinsichtlich Festigkeit, Hitzebeständigkeit, Löslichkeit, Widerstand und anderer allgemeiner Eigenschaften mit dem für die Gießfilter 1 verfügbaren Material verträglich ist. Welch Material auch immer verwendet wird und wie seine Dicke auch immer sein mag, die Festigkeit des Gießfilters 1 bei der Gießtempe­ ratur des Metalls muß dessen Größe, Form und Abstützung bzw. Verankerung entsprechen und muß ausreichend sein, um den Aufprall und den Druck auszuhalten, die beim Eingie­ ßen in die Gießform auftreten.

Der Gießfilter 1 muß grundsätzlich sauber sein und sauber gehalten werden. Er kann einen Schutzüberzug aufweisen, dessen Material jedoch die Qualität des zu gießenden Me­ talls nicht beeinträchtigen darf.

Die Hitzebeständigkeit eines Gießfilters 1 und auch des­ sen Widerstandsfähigkeit gegen Auswirkungen des Kontaktes mit dem schmelzflüssigen Metall können erhöht werden, in­ dem der Gießfilter 1 mit einem Material geschützt wird, das hitzebeständiger ist und größeren Kontaktwiderstand hat als das Material des Gießfilters selbst, oder indem beispielsweise ein Stahlteil in gebundenes Kernsandmate­ rial eingebettet wird.

Es ist zu beachten, daß der auf einen Gießfilter 1 wir­ kende Aufprall und Druck nur während einer kurzen Zeit­ dauer andauern, nämlich während der Gießzeit, die in der Regel nur einige Sekunden dauert. Es ist unbeachtlich, wenn der Gießfilter 1 eine Temperatur erreicht, bei der er seine Festigkeit verliert und zusammenfallen würde, nachdem die Gießform bereits gefüllt ist. Allerdings muß der Gießfilter 1 seine ursprüngliche Form und Lage beibe­ halten und als getrenntes Material bestehen bleiben, da­ mit das Gußstück und der Anguß leicht getrennt werden können.

Je nach Art des Gußstücks, der Form und den Besonderhei­ ten des Gießfilters 1 ist es in der Regel einfach, den Gießfilter 1 an der gewünschten Stelle zu halten und zu sichern.

Damit das Metall ruhig, gleichmäßig und ungestört ohne Turbulenzen durch den Gießfilter 1 und in den Formhohl­ raum 6 fließt, ist es wesentlich, daß der Formhohlraum 6 ausreichend entlüftet ist, damit im Inneren eingeschlos­ sene Luft oder Gase keinen Gegendruck erzeugen, und zwar insbesondere im Bereich des Gießfilters 1.

Im folgenden wird wieder auf die Figuren eingegangen. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist der Gießfilter 1 ähnlich wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 veran­ kert, wobei er jedoch bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 entlang einer Formabwandlung 16 der Gußteiloberfläche angeordnet ist, die in diesem Fall von der für die Her­ stellung des Gußstücks verantwortlichen Gießerei für not­ wendig gehalten wird.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 3 zeigt einige weitere wichtige Merkmale des Eingußsystems. Bei der Ausführungs­ form gemäß Fig. 3 ist der Gießfilter 1 aus zwei Materia­ lien hergestellt. Er besteht aus Halteelementen 17 und einem Teil 18, wobei die Halteelemente 17 der Verankerung des Gießfilters 1 dienen und das Teil 18 die erforderli­ che Hitze- und Kontaktbeständigkeit gegenüber dem schmelzflüssigen Metall hat. Beispielsweise können die Halteelemente 17 aus Metall und das Teil 18 aus Keramik bestehen. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 ist fer­ ner die Formhohlraumoberfläche 3, entlang der der Gieß­ filter 1 angeordnet ist, zylindrisch, d. h. nicht eben. Ein Formteil 19 kann das Formunterteil oder ein Kern sein, der die innere Oberfläche des Gußstücks bestimmt. Ferner ist ein Gießfilterhalter 20 vorgesehen, in dem der Gießfilter 1 verankert ist und der aus hitzebeständigem Material besteht. Der Halter 20 ist ein lösbarer Teil der Gießform, in den der Gießfilter 1 eingebettet ist. Wenn das Gewicht des Halters 20 nicht ausreicht, um bei ge­ füllter Gießform dem metallstatischen Druck standzuhal­ ten, muß der Gießfilterhalter 20 mit einem zusätzlichen, nicht dargestellten Gewicht belastet werden. Die Luftkanäle 10 sind in der seitlichen Außenfläche des Hal­ ters 20 ausgebildet. Während des Gießens haben die Halte­ elemente 17 des Gießfilters 1 praktisch keinen direkten Kontakt mit dem schmelzflüssigen Metall. Lediglich gegen Ende des Füllens des Formhohlraums 6 haben die Halteele­ mente 17 Kontakt mit dem schmelzflüssigen Metall, wenn der an der Formhohlraumoberfläche 3 angeordnete Bereich der Halteelemente 17 in Berührung mit dem schmelzflüssi­ gen Metall tritt. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 kann das Formoberteil 21 der Gießform aus Metall oder einem beliebigen hitzebeständigen Material wie Keramik, gebundenem Sand, Gips und dergleichen bestehen. Das Form­ teil 19 kann aus dem gleichen Material bestehen.

Die Gesamtfläche der Öffnungen des Gießfilters 1, d. h. die Summe der Flächen der einzelnen Löcher und Ausnehmun­ gen, durch die das Metall fließt, wird je nach dem Anwen­ dungsfall ausgewählt und bestimmt. Die Größe Form, Ver­ teilung und Anzahl der Löcher oder die Anzahl, Breite und Länge der Ausnehmungen am Rand des Gießfilters 1 oder eine Kombination von Löchern und Ausnehmungen werden so gewählt, daß die Gießform mit minimaler Turbulenz ausrei­ chend gefüllt wird, daß Fremdkörper ausreichend herausge­ filtert werden, daß die Metallströmung ausreichend beru­ higt wird und daß ausreichende Speisung nach dem Füllen des Formhohlraums 6 sichergestellt ist. In der Regel ha­ ben die Löcher im Gießfilter 1 gleiche Größe und gleich­ mäßige Verteilung, damit ein möglichst gleichmäßiger Me­ tallstrom über die qesamte Gießfläche erreicht wird; bis­ weilen ist es jedoch je nach der Form des Gußstücks not­ wendiq, die Öffnungen im Gießfilter 1 ungleichmäßig zu verteilen, um zu starke Metallstrahlen zu vermeiden.

Die Öffnungen können jede beliebige Form haben; bei­ spielsweise können die Öffnungen rund, quadratisch, schiefwinkelig oder - im Falle einer Ausnehmung - faden­ förmig sein. Ferner können die Öffnungen kegelig oder über ihre gesamte Erstreckung durch den Gießfilter 1 par­ allelwandig sein.

Ein nichtmetallischer Gießfilter, der aus einem verhält­ nismäßig eher brechenden und hitzebeständigeren Material als metallisches Material, beispielsweise Stahl, besteht, wobei das hitzebeständige Material gebundener Kernsand oder keramisches Material oder dergleichen ist, kann da­ durch verstärkt werden, daß in das nichtmetallische Mate­ rial metallisches Material, beispielsweise Streckmetall oder dergleichen, eingebettet wird.

Die Gießfilter können auf herkömmliche Weise hergestellt werden. Wenn sie aus duktilem Material bestehen, das in der Regel metallisch ist, wird zunächst ein Rohling ge­ stanzt, der dann gepreßt und durch Bohren oder Stanzen oder durch Stoßen mit den Öffnungen versehen wird. Alter­ nativ können die Gießfilter aus vorgelochtem, gestrecktem Metallgewebe oder dergleichen hergestellt werden. Wenn die Gießfilter aus steifem metallischen Material herge­ stellt werden, können sie gegossen oder aus vorbearbeite­ tem Material durch maschinelle Bearbeitung hergestellt werden.

Wenn die Gießfilter aus hoch hitzebeständigem metalli­ schem Material hergestellt werden, können Verfahren der Pulvermetallurgie angewendet werden.

Wenn steife nichtmetallische Materialien, wie beispiels­ weise Kernsandmaterialien, keramische Materialien oder nichtmetallische hitzebeständige Materialien benutzt wer­ den, kann zur Herstellung der Gießfilter aus diesen Mate­ rialien eine beliebige der bekannten Techniken angewendet werden.

Das Eingußsystem ist allgemein anwendbar beim Gießen un­ ter Ausnutzung der Schwerkraft und basiert auf einen ge­ trennten, vorgefertigten Gießfilter, der der Gußstück­ oberfläche folgend an dieser zwischen einem einen Strö­ mungsweg bildenden Kanal und dem Formhohlraum angeordnet ist.

Der Gießfilter ist so ausgebildet und mit Hilfe von Ver­ ankerungs- und Stützmitteln in der Gießform so abge­ stützt, daß er den Aufprall des fallenden schmelzflüssi­ gen Metalls und den folgenden metallstatischen Druck aus­ halten und aufnehmen kann, während der Formhohlraum durch zumindest eine Öffnung im Gießfilter gefüllt wird, wobei dieser seine ursprüngliche Lage und Form beibehält. Der Gießfilter besteht je nach den Bedingungen des Gießens aus einer oder mehreren Schichten und ist so ausgebildet, daß er die Speisung des Gußstücks nach dem Füllen des Formhohlraums und vor der Erstarrung des Gußstücks ermög­ licht. Je nach dem zu gießenden Gußstück kann das Einguß­ system einen oben angeordneten Schmelzenverteiler und eine Entlüftung für den Formhohlraum sowie Mittel zum Abziehen des Einguß-Speisers umfassen.

Claims (5)

1. Trichtereingußsystem für eine Gießform, bei der zwi­ schen Formoberteil und Formunterteil mindestens ein Form­ hohlraum ausgebildet ist,
mit einem Eingußkanal, der einen direkten Strömungsweg zwischen der Außenoberfläche der Gießform und dem Form­ hohlraum bildet, und
einem Gießfilter der mit mindestens einer Öffnung verse­ hen und im Eingußkanal entlang der Formraumoberfläche derart angeordnet ist, daß er den Strömungsquerschnitt des Kanals verringert,
wobei in Strömungsrichtung auf den Gießfilter einwirkende Kräfte in das Formoberteil ableitbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Gießfilter (1) sich schalenartig nach außen erstreckende Halteelemente (17) aufweist, die im Teilchenmaterial des Formoberteils (4) verankert sind.

2. Eingußsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Halteelementen (17) Löcher (9) ausgebildet sind.

3. Eingußsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Gießfilter (1) aus einem metallischen Werkstoff besteht.

4. Eingußsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Gießfilter (1) einen zumindest zwei­ schichtigen Aufbau aufweist.

5. Eingußsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gießfilter (1) an der Oberfläche des Formhohlraums angeordnet ist.