DE3243377A1

DE3243377A1 - Gusswerkstueck mit eingeformten kanal

Info

Publication number: DE3243377A1
Application number: DE19823243377
Authority: DE
Inventors: Konrad Romanshorn Maier
Original assignee: GMB Giesserei and Maschinenbau Bodan AG; Wizemann U Co J GmbH
Current assignee: Sinterwerke Grenchen AG; Wizemann U Co J GmbH
Priority date: 1982-11-24
Filing date: 1982-11-24
Publication date: 1984-08-23
Also published as: EP0110234A1

Abstract

Bei einem Werkstück (11) mit eingeformtem Kanal (13) wird in die Form vor dem Einbringen der Schmelze ein mit dem Kanal (13) versehenes metallisches im Querschnitt zwei- oder mehrteiliges Bauteil (11) eingelegt, das in das Werkstück (11) eingegossen bzw. mit diesem teilweise vergossen wird. Auf diese Weise ist es möglich, ein Gußwerkstück aus Stahl-, Grau- oder Sphäroguß mit sehr geringem Fertigungsaufwand mit einem maßhaltigen Kanal (11) zu versehen, der in seiner Formgebung beliebig und somit strömungsgünstig zu gestalten ist.

Description

DlPL-ING. GUIDO ENGELHÄRDr PATENTANWALT

7990 Friedrichshafen

Hans Stüdli

Gießerei und Plastikfabrik

CH - 859o Romanshorn

J. Wizemann GmbH & Co
7ooo Stuttgart 5ο

Gußwerkstück mit eingeformten Kanal

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Kanals, insbesondere eines hydraulischen Strömungskanals, in einem Werkstück aus Stahl—,Grauoder Sphäroguß oder einer Gußlegierung sowie auf ein derartiges mit einem Kanal versehenes Gußwerkstück.

Die Einarbeitung eines maßgenauen Kanals in einem verwinkelt gestalteten Gußwerkstück, um durch diesen z. B. Schmiermittel einer Lagerstelle zuführen zu können, ist mit einem erheblichen Fertigungsaufwand verbunden. Derartige Kanäle können nämlich nicht beim Gießen des Werkstückes mit vorgesehen, sondern müssen durch mechanische Bearbeitung hergestellt werden, in dem die einzelnen Kanalabschnitte schrittweise zu bohren sind. Des weiteren ist eine Vielzahl von Abdichtungen der einzelnen Bohrungen erforderlich und die Strömungsverhältnisse sind, bedingt

durch die zueinander abgewinkelten geradlinigen Kanalabschnitte sehr ungünstig. Auch treten mitunter bei derartigen in Gußwerkstücke eingearbeiteten Kanälen trotz aufwendiger Abdichtungen der Anschlußleitungen bei hohen Drücken Leck-Verluste durch Eindringen der Druckflüssigkeit in das Werkstück auf.

Längere Kanäle in Stahl-/Grau- oder Sphärogußwerkstücken durch in die Form eingelegte Kanäle herzustellen, ist bisher nicht möglich, da diese, aufgrund der hohen Temperaturen und der hohen Druckbeanspruchungen durchbrechen oder zerfallen oder ihre Form und Lage ändern, so daß ein exakter Verlauf des Kanals nicht gewährleistet ist. Des weiteren verzundert die Innenmantelfläche von eingegossenen Kanälen, diese sind somit nicht als Leitungen für hydraulische Flüssigkeiten verwendbar.

Bei aus Aluminium hergestellten Gußwerkstücken ist es zwar möglich, Kanäle durch Einlegen eines Stahlrohres in die Gußform zu bilden, die hierbei auftretenden Temperaturen betragen jedoch nur 600 - 800° C, die eingelegten Stahlrohre behalten demnach ihre Form bei und schmelzen nicht. Diese Verfahrensweise ist aber bei aus Stahl-,Grau- oder Sphäroguß herzustellenden Werkstücken nicht anwendbar, da bei Temperaturen von 1300° C - 1600° C, bei denen diese Werkstücke gegossen werden, die Stahlrohre schmelzen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Kanals in einem Werkstück aus Stahl-,Grauoder Sphäroguß oder einer Gußlegierung zu schaffen, mittels dem auf sehr einfache Weise äußerst maßhaltige Kanäle in einem Werkstück vorgesehen werden können. Der Fertigungsaufwand soll hierbei äußerst gering gehalten werden, vor allem aber soll der Kanal in seiner Formgebung beliebig und somit

BAD

strömungsgünstig zu gestalten sowie auch für Medien, die unter Hochdruck stehen, verwendbar sein, ohne daß dieses austreten kann. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein mit einem solchen Kanal versehenes Werkstück zu schaffen.

Das Verfahren zur Herstellung eines derartigen Kanals in einem Gußwerkstück ist dadurch gekennzeichnet, da/3 in die Form vor dem Einbringen der Schmelze ein mit dem Kanal versehenes metallisches, im Querschnitt zwei- oder mehrteiliges Bauteil eingelegt wird, das in das Werkstück eingegossen bzw. mit diesem teilweise vergossen wird.

Als metallisches Bauteil kann hierbei ein aus zwei oder mehreren ineinander angeordneten Hohlkörpern gebildetes Rohr vorzugsweise kreisförmigen Querschnittes in die Form eingelegt werden, es ist aber auch möglich, als metallisches Bauteil einen aus Materialien mit unterschiedlichen Schmelzpunkten bestehenden Hohlkörper vorzusehen.

Zweckmäßig ist es ferner, das metallische Bauteil mittels in den Kanal eingreifener Stützen derart in der Form zu halten, daß sich dieses beim Gießen des Werkstückes in Achsrichtung frei ausdehnen kann, so daß keine Verspannungen und dadurch bedingte Verformungen auftreten.

Angebracht ist es des weiteren, das metallische Bauteil über die Wandungen des zu gießenden Werkstückes überstehend in die Form einzulegen. Dadurch wird ausgeschlossen, daß Schmelze in das metallische Bauteil gelangt und dieses innen verzundert.

Sehr vorteilhaft ist es, bei einem zwei- oder mehrteiligen mit einem geradlinig verlaufenden Kanal vershenem metallischem Bauteil auch dessen inneres Teil vor dem Einlegen in die Form mit einer keramischen Schlichte, beispielsweise durch Eintauchen, zu überziehen. Auf diese Weise ist es möglich, das aus einem hochwertigen und damit teueren Werkstoff bestehende innere Rohr, das in diesem Fall mit einem Spiel von z. B. 3/1ο mm eingesetzt sein sollte, nach dem Abgießen des Werkstückes aus diesem herauszuziehen und mehrfach zu verwenden.

Um einen druckdichten Anschluß des Kanals an eine Druckmittelleitung herstellen zu können, sollte des weiteren das metallische Bauteil an einem oder beiden Enden in seinem äußeren Bereich axial zurückgesetzt ausgebildet werden, derart, daß dieses stirnseitig teilweisevon dem vergossenen Werkstoff des Werkstückes umschlossen wird.

Das gemäß der Erfindung ausgebildete Werkstück aus Stahl-, Grau- oder Sphäroguß oder einer Gußlegierung mit einem in diesem vorgesehenen Kanal, insbesondere einem hydraulischen Strömungskanal, ist dadurch gekennzeichnet, daß in dieses, ein metallisches, den zentrisch angeordneten Kanal aufweisendes, im Querschnitt zwei- oder mehrteiliges Bauteil eingegossen ist.

Das metallische Bauteil kann hierbei aus zwei- oder mehreren ineinander angeordneten Rohren mit vorzugsweise kreisförmigem Querschnitt gebildet werden, wobei das innere Rohr aus legiertem Stahl, beispielsweise Chrom-Nickelstahl, aus Kupfer, Messing oder einem ähnlichen Werkstoff und eines oder mehrere der mit dem Werkstück verbundenen äußeren Rohren aus Stahl bestehen. Dieses kann aber auch aus Materialien mit unterschiedlichen Schmelzpunkten zusammengesetzt werden.

BAD ORIGINAL

Angebracht ist es ferner, um auf einfache Weise eine Druckleitung an den Kanal anschließen zu können, das metallische Bauteil an einem oder beiden Enden in seinem äußeren Bereich axial zurückgesetzt auszubilden, derart, daß dessen Stirnseite teilweise von dem vergossenen Werkstoff des Werkstückes umschlossen ist.

Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es auf sehr einfache und wirtschaftliche Weise möglich, in einem'Werkstück aus Stahl-,Grau- oder Sphäroguß oder einer Gußlegierung einen Kanal vorzusehen, der in seiner axialen Erstreckung in

beliebiger Weise geformt und damit strömungsgünstig gestaltet werden kann und der auch äußerst maßhaltig ist. Wird nämlich in die Form ein mit dem Kanal versehenes metallisches im Querschnitt zwei- oder mehrteiliges Bau-IS teil eingelegt, das in das Werkstück eingegossen bzw. mit diesem teilweise vergossen wird, so behält der innere Teil des Bauteils trotz der beim Gießen des Werkstückes auftretenden hohen Temperaturen und der hohen Druckbeanspruchung seine Form bei. Der äußere Teil des metallischen Bauteils schmilzt zwar ganz oder teilweise und schafft somit eine feste Verbindung zwischen dem Werkstück und dem inneren Teil des metallischen Bauteils, Verformungen des Kanals sind dadurch aber, da der innere Teil des metallischen Bauteils vor dem Schmelzen geschützt ist, zuverlässig

ausgeschlossen. Dies ist darauf zurückzuführen, daß der innere Teil des metallischen Bauteils hierbei nur geringe Wärmeenergie aufnimmt, diese wird vielmehr von dem äußeren Teil zurückgehalten, das Wärmegefälle ist demnach groß. Der Kanal kann somit auch aus einem Kupfer- oder Messingrohr gebildet werden.

-- -1ο -

3243J77

Des weiteren gelangt keine Schmelze in den Kanal bzw. an die diesen begrenzende Wandung, so daß auch keine Verzunderungen in Kauf genommen werden müssen. Vor allem aber ist von Vorteil, daß der Kanal auch bei hohen Drücken entsprechend dem Werkstoff des verwendeten inneren Teils äußerst druckdicht ist, und zwar unabhängig von dem Gußwerkstoff; vielfach kann demnach ein Gußwerkstoff minderer Qualität verwendet werden.

Durch das den Kanal aufweisende Bauteil wird aber auch in einem erheblichen Maße eine Verfestigung des Gußwerkstückes 1o. erzielt. Das eingegossene metallische Bauteil, das mit dem Werkstoff des Werkstückes einen innigen Verbund eingeht, und dessen Teile miteinander verschmelzenoder aufeinander

aufschrumpfen, wirkt nämlich als Bewehrungsstab, durch den das aus sprödem Werkstoff bestehende Gußwerkstück insbesondere bei stoßartigen Belastungen zusammengehalten wird. Dadurch sind Gußwerkstücke, die nach dem vorschlagsgemäßen Verfahren gefertigt sind, auch für Bauteile, die Druckbeanspruchungen ausgesetzt sind, verwendbar.

Durch die beim Gießen des Werkstückes auf das metallische Bauteil einwirkende Wärme verschmelzen dessen Teile im äußeren Bereich ganz oder teilweise miteinander und dem Werkstoff des Werkstückes bzw. diese schrumpfen im inneren Bereich, sofern das metallische Bauteil aus drei oder mehreren Teilen zusammengesetzt ist, aufeinander auf, so 5 daß eine feste Halterung, und zwar ohne daß sich beim Ver gießen Zementit bildet, in dem Werkstück gegeben ist. Eine nachträgliche Bearbeitung des Kanals ist, abgesehen von dem Entfernen der über die Stirnwand des Werkstückes überstehenden Enden des metallischen Bauteils nicht erforderlich. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es somit möglich, in einem Gußwerkstück auf einfache Weise einen vielseitig verwendbaren strömungsgünstigen und druckdichten Kanal vorzusehen und Gußwerkstücke herzustellen, die gewichtssparend gestaltet sind.

BAD

In der Zeichnung sind Gußwerkstücke, die mit gemäß der Erfindung hergestellten Kanälen versehen sind, dargestellt und nachfolgend im einzelnen erläutert. Hierbei zeigen jeweils im Schnitt:

Fig. 1 einen Teil eines mit einem Schmiermittelkanal ausgestatteten Achsschenkelbolzens,

Fig. 2 ein Werkstück mit einem eingegossenen, in dessen Stirnwand teilweise zurückgesetzten metallischem Bauteil,

Fig. 3 das Werkstück nach Fig. 2 mit einem ebenfalls

eingegossenen Bauteil und

Fig. 4 das Werkstück nach Fig. 2 mit einem andersartig ausgebildeten eingegossenen Bauteil.

Das in den Fig. 1 dargestellte und mit 11 bezeichnete Gußwerkstück ist als Achsschenkelbolzen ausgebildet und mit einem in dessen Schenkel angeordneten, dessen Form entsprechend gestalteten Kanal 13 zur Durchführung von Schmiermittel versehen. Dazu ist in das Werkstück 11 ein zweiteiliges metallisches Bauteil 12 eingegossen, das aus den beiden ineinander gesetzten Rohren a und b besteht. Das äußere Rohr b 'ist durch das eingegossene Material des Werkstückes 11 teilweise geschmolzen und mit diesem somit verbunden, außerdem ist dieses auf das innere Rohr a aufgeschrumpft, so daß das metallische Bauteil 12 fest in dem Werkstück 11 gehalten ist.

-■lg -

Die Enden des metallischen Bauteils 12 sind jeweils über die zugeordnete Stirnwand des Werkstückes 11 überstehend in die Form eingesetzt, so daß keine Schmelze in den Kanal gelangen kann und dieser nicht verzundert. Außerdem ist das metallische Bauteil 12 derart gehalten, daß sich dieses in Längsrichtung ausdehnen kann, Verspannungen und dadurch bedingte Verformungen sind auf diese Weise ausgeschlossen. Nach dem Abguß des Werkstückes 11 sind demnach lediglich die überstehenden Enden, wie dies in der rechten Hälfte der Fig. 1 gezeigt ist, mechanisch abzuarbeiten, um ein Werkstück mit einem maßhaltigen Kanal 13, der beliebig der Form des Werkstückes entsprechend gestaltet sein kann, zu erhalten.

In das in den Fig. 2 bis 4 dargestellte Gußwerkstück 21 sind metallische Bauteile 22, 22' und 22·' eingegossen, die unterschiedlich ausgebildet sind und jeweils einen Kanal aufweisen.

Gemäß Fig. 2 ist in das Bauteil 21 ein zweiteiliges, aus den Rohren a und b zusammengesetztes Bauteil 22 einge-

o gössen, das mittels einer strichpunktiert eingezeichneten Stütze 31, deren Arm 32 in den Kanal 22 eingreift, in der Form gehalten ist. Das äußere Rohr b ist hierbei im Bereich der Stirnwand des Gußwerkzeuges 21 zurückgesetzt, so daß dessen Werkstoff unmittelbar mit dem inneren Rohr a verbunden ist. Da ein Werkstück im Randbereich rascher abkühlt als im inneren, ist auch bei dieser Ausgestaltung ausgeschlossen, daß das innere Rohr a schmilzt.

Nach Fig. 3 besteht das in das Werkstück 21 eingegossene metallische Bauteil 22' aus Materialien a¹ und b¹ mit unterschiedlichen Schmelzpunkten, gemäß Fig. 4 ist das metallische Bauteil 22'' aus drei ineinander angeordneten Rohren a", b¹¹ und c" gebildet.

BAD ORIGINAL

Allen Ausgestaltungen ist gemeinsam, daß das eingegossene Bauteil in seinem Querschnitt zwei- oder mehrteilig ist, so daß während des Gießvorganges zu dem Kanal 13 bzw. 2 3 hin ein starkes Wäremgefälle entsteht und das innere Teil des metallischen Bauteils 12 bzw. 22 somit.nicht schmelzen kann.

Bei zwei-oder mehrteiligen mit einem geradlinig verlaufenden Kanal versehenen Bauteilen können deren inneren Teile/beispielsweise die Rohre a oder a",vor dem Einlegen in die Form _mit einer keramischen Schlichte überzogen werden. Auf diese Weise wird verhindert, daß sich die Rohre a bzw. a'' mit den Rohren b bzw. b¹' fest verbinden. Die aus hochwertigem und somit teuren Werkstoffen bestehenden Rohre a, a¹' können daher nach dem Abguß des Werkstückes aus diesen herausgezogen und ggf. wieder verwendet werden. Dies ist besonders bei Werkstücken aus Hartguß, dessen Bearbeitung mit Schwierigkeiten verbunden ist, von Vorteil.

16. November 1982 e-1
A 6o81 /

BAD ORIGINAL

Claims

DlPL-ING. GUIDO ENGELHÄRDT" PATENTANWALT

7990 Friedrichshafen

Hans Stüdli

Gießerei und Plastikfabrik

CH 859ο Romanshorn

J. Wizemann GmbH & Co
7ooo Stuttgart 5o

Patentansprüche :

1. Verfahren zur Herstellung eines Kanals, insbesondere eines hydraulischen Strömungskanals in einem Werkstück aus Stahl-,Grau- oder Sphäroguß oder einer Gußlegierung,

dadurch gekennzeichnet,

daß in die Form vor dem Einbringen der Schmelze ein
mit dem Kanal (13; 23) versehenes metallisches, im
Querschnitt zwei- oder mehrteiliges Bauteil (11; 21) eingelegt wird, das in das Werkstück (11; 21) eingegossen bzw. mit diesem teilweise vergossen wird.

BAD ORIGINAL

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß als metallisches Bauteil (12; 22; 22'') ein aus zwei oder mehreren ineinander angeordneten Hohlkörpern (a, b; a¹¹, b¹¹, c¹¹) gebildetes Rohr vorzugsweise kreisförmigen Querschnittes in die Form eingelegt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß als metallisches Bauteil (22') ein aus Materialien (a¹, b¹) mit unterschiedlichen Schmelzpunkten bestehender Hohlkörper in die Form eingelegt wird.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet,

daß das metallische Bauteil (22) mittels in den Kanal (23) eingreifender Stützen (31) derart in der Form gehalten ist, daß dieses beim Gießen des Werkstückes (21) in Achsrichtung frei ausdehnbar ist.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet,

daß das metallische Bauteil (12; 22) über die Wandungen des zu gießenden Werkstückes (11; 21) überstehend in die Form eingelegt wird.

BAD ORIGINAL

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet,

daß bei einem zwei- oder mehrteiligem mit einem geradlinig verlaufenden Kanal (23) versehenem metallischem Bauteil (22; 22"') dessen inneres Teil (a; a¹¹) vor dem Einlegen in die Form mit einer keramischen Schlichte versehen wird.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6,

dadurch gekennzeichnet,

daß das metallische Bauteil (22) an einem oder beiden Enden in seinem äußeren Bereich (Rohr b) axial zurückgesetzt ausgebildet ist, derart, daß dieses stirnseitig teilweise von dem vergossenen Werkstoff des Werkstückes (21) umschlossen wird.

8. Werkstück aus Stahl-,Grau- oder Sphäroguß oder einer Gußlegierung mit einem in diesem vorgesehenen Kanal, insbesondere einem hydraulischen Strömungskanal,

dadurch gekennzeichnet,

daß in das Werkstück (11;21) ein metallisches, den i' zentrisch angeordneten Kanal (13; 33) aufweisendes, im Querschnitt zwei- oder mehrteiliges Bauteil (12; 22) eingegossen ist.

BAD ORIGINAL

9. Werkstück nach Anspruch 8,

dadurch gekennzeichnet,

daß das metallische Bauteil (12; 22; 22¹¹J aus zwei- oder mehreren ineinander angeordneten Rohren (a, b; a¹¹, b¹¹, c¹¹) mit vorzugsweise kreisförmigem Querschnitt besteht.

10. Werkstück nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet,

daß das innere Rohr (a; a¹¹) des metallischen Bauteiles (12; 22; 22'') aus legiertem Stahl, beispielsweise Chrom-Nickelstahl, aus Kupfer, Messing oder einem ähnlichen Werkstoff und eines oder mehrere der mit dem Werkstück verbundenen äußeren Rohren (b; b¹¹, c¹¹) aus Stahl bestehen.

11. Werkstück nach Anspruch 8,

dadurch gekennzeichnet,

daß das metallische Bauteil (22") aus Materialien (a¹, b¹) mit unterschiedlichen Schmelzpunkten zusammengesetzt ist.

12. Werkstück nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 11,

dadurch gekennzeichnet,

daß das metallische Bauteil (22) an einem oder beiden Enden in seinem äußeren Bereich (Rohr b) axial zurückgesetzt ausgebildet ist, derart, daß dessen Stirnseite teilweise von !5 dem vergossene/ Werkstoff des Werkstückes (21) umschlossen ist,

22. November /982 e-1
A 6o81

BAD ORIGINAL