DE3532196C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung einer einstückigen, hohlen gußeisernen Nockenwelle mit einem Wellenschaft und Nocken aus Schalenhartguß, mit einer äußeren Gießform, welche einen der Außenkontur der Nockenwelle entsprechenden Formhohlraum bildet, dessen den Nocken entsprechende Bereicht von Kokillen umschlossen sind, sowie mit einem lediglich außerhalb des Formhohlraums abgestützten Kern.The invention relates to a device for production a one-piece, hollow cast iron camshaft with a shaft and cams made of chilled cast iron, with an outer mold, which one of the outer contour forms the cavity corresponding to the camshaft, whose area of molds corresponding to the cams are enclosed, as well as with only one outside of the mold cavity supported core.
Es ist schon eine Gießvorrichtung zur Herstellung einer einstückigen, hohlen gußeisernen Nockenwelle be kannt (DE-OS 29 04 415), bei der in eine äußere, der Außenkontur der Nockenwelle entsprechend ausgebildete Gießform ein kreiszylindrischer Graphitkern mit einem zentrischen, gleichfalls kreiszylindrischen Entgasungs kanal eingesetzt wird. Somit ergibt diese bekannte Gieß vorrichtung eine Nockenwelle mit einem kreiszylindrischen, zur Nockenwellenachse konzentrischen Kanal, aus dem nach dem Gießen der Graphitkern herausgebohrt werden muß. Bei der äußeren Form der bekannten Gießvorrich tung handelt es sich um eine Sandform, die metallische Abschreckteile enthält, welche örtlich die Abkühlung des geschmolzenen Metalls beschleunigen sollen, um ein erwünschtes, überwiegend karbidisches Gefüge zu erhalten.It is already a casting device for manufacturing a one-piece, hollow cast iron camshaft knows (DE-OS 29 04 415), in which in an outer, the The outer contour of the camshaft is designed accordingly Casting mold with a circular cylindrical graphite core centric, also circular cylindrical degassing channel is used. This results in this well-known casting device a camshaft with a circular cylindrical, channel concentric to the camshaft axis, from which be drilled out after casting the graphite core got to. In the outer shape of the well-known pouring device tion is a sand mold, the metallic one Contains quenching parts, which locally cool the molten metal should accelerate to a to obtain the desired, predominantly carbide structure.
Einstückige, massive gußeiserne Nockenwellen mit Nocken aus Schalenhartguß haben sich in der Praxis gut bewährt, u. a. wegen des guten Verschleißverhaltens von Schalen hartguß, besonders bezüglich der Wälzermüdungsfestig keit, und wegen des guten Dämpfungsvermögens von Eisen gußwerkstoffen. Allerdings wird das erwünschte Resultat der schroffen Abkühlung der Nockenlaufflächen durch die Kokillen - gerichtetes dendritisches ledeburitisches Gefüge - durch die Rückerwärmung der Nockenumfangsbe reiche durch die im Nockenwellenkern noch vorhandene Schmelze beeinträchtigt, denn die letztere bewirkt einen Anlaßeffekt in den kristallisierten Randschalen der Nocken, vor allem nachdem die Umfangsbereiche der Nocken beim Abkühlen im allgemeinen von den Kokillen weg schrumpfen, so daß der Wärmeübergang vom Gußeisen zu den Kokillen verschlechtert wird. Durch dieses Wieder aufheizen der Randschalen der Nocken kann es nicht nur in unerwünschter Weise zu einem gröberen Gefüge, sondern unter Umständen sogar zum Zerfall des karbidischen Gefüges und zum Entstehen von freiem Graphit kommen.One-piece, solid cast iron camshafts with cams from hard cast castings have proven themselves in practice, u. a. because of the good wear behavior of shells chilled, especially with regard to the rolling fatigue strength due to the good damping properties of iron cast materials. However, the desired result will be the abrupt cooling of the cam surfaces by the Chill-directional dendritic ledeburitic Structure - by reheating the cam circumference reach through the still existing in the camshaft core The melt affects, because the latter causes one Tempering effect in the crystallized shells of the Cams, especially after the peripheral areas of the cams when cooling, generally away from the molds shrink so that the heat transfer from the cast iron to the mold is deteriorated. Through this again It is not only possible to heat up the edge shells of the cams undesirably to a coarser structure, but possibly even to the decay of the carbide Structure and the formation of free graphite.
Dieser nachteilige Effekt tritt bei der bekannten Gieß vorrichtung nach der DE-OS 29 04 415 gleichfalls auf - es soll dabei angenommen werden, daß es sich bei den im Stand der Technik erwähnten metallischen Abschreckteilen (Seite 6, zweiter Absatz) um Kokillen handelt, die die den Nocken der herzustellenden Nockenwelle entsprechenden Bereiche des Formhohlraums umschließen -, denn der kreiszylindrische Graphitkern hat beim Gießen im Bereich der Nockenerhebungen Materialansammlungen des schmelz flüssigen Metalls zur Folge, die zu einer Rückerwärmung der gegen die Kühleisen gegossene Außenumfangsbereiche der Nockenerhebungen durch die im Innern der Nocken noch vorhandene Schmelze führen und so einen Anlaßeffekt in den kristallisierten Randschalen der Nocken bewirken, vor allem nachdem die Umfangsbereiche der Nocken beim Abkühlen von den Kühleisen weggeschrumpft sind. Dieser nachteilige Effekt wird bei der bekannten Gießvorrichtung noch durch den im Vergleich zum Nockenwellendurchmesser kleinen Durchmesser des Graphitkerns und damit den Nockenwellen kanals verstärkt (siehe Fig. 1 der DE-OS 29 04 415).This disadvantageous effect also occurs in the known casting device according to DE-OS 29 04 415 - it should be assumed that the metal quenching parts mentioned in the prior art (page 6, second paragraph) are molds which enclose the areas of the mold cavity corresponding to the cam of the camshaft to be produced - because the circular-cylindrical graphite core, when cast in the area of the cam elevations, results in material accumulations of the molten metal, which leads to a re-heating of the outer peripheral areas of the cam elevations cast against the cooling iron by the inside of the cams lead still existing melt and thus cause a tempering effect in the crystallized edge shells of the cams, especially after the peripheral areas of the cams have shrunk away from the cooling iron during cooling. This disadvantageous effect is further enhanced in the known casting device by the small diameter of the graphite core compared to the camshaft diameter and thus the camshaft channel (see FIG. 1 of DE-OS 29 04 415).
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Gieß vorrichtung zur Herstellung hohler Nockenwellen zu schaffen, die es erlaubt, auf einfache Weise Nocken wellen zu gießen, bei denen die Nockenlaufflächen eine bezüglich des Verschleißverhaltens verbesserte Gefüge struktur aufweisen, und ausgehend von einer Gießvor richtung der eingangs erwähnten Art läßt sich diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch lösen, daß die Außen kontur des Kerns von einem Sand-Formstoffkörper gebildet wird und nichtzylindrisch sowie der Außenkontur der Nockenwelle angepaßt ist.The invention is based on the object of a casting device for producing hollow camshafts create that allows to easily cam pour waves where the cam treads a improved structure with regard to wear behavior have structure, and starting from a casting direction of the type mentioned can be this Solve task according to the invention in that the outside contour of the core formed by a sand molding body becomes and non-cylindrical as well as the outer contour of the Camshaft is adjusted.
Durch diese Maßnahmen wird nicht nur die gestellte Auf gabe gelöst, sondern der zusätzliche Vorteil erreicht, daß sich leichtere Nockenwellen herstellen lassen, da die erfindungsgemäße Gießvorrichtung nicht zu einem zylindrischen Nockenwellenkanal führt, sondern zu einem solchen, dessen Außenkontur derjenigen der Nockenwelle angepaßt ist. Entgegen allen vom Stand der Technik gegebenen Hinweisen (hierauf wird später noch einge gangen werden) läßt sich erfindungsgemäß der kontirier te Kern mit einem der bekannten, auf Sand-Basis aufge bauten Gießereiformstoffe herstellen, und zwar auch ohne Armierung durch ein Tragrohr oder dergleichen. Ein solcher Sand-Formstoffkörper zerfällt dann im Laufe des Abkühlens des Gusses und läßt sich infolgedessen leicht entfernen; auch benötigt er in der erfindungsgemäßen Gießvorrichtung entgegen der herkömmlichen Meinung (auch hierauf wird noch einzugehen sein) selbst bei verhält nismäßig langen und schlanken Nockenwellen keine so genannten Kernstützen, da infolge der Verwendung eines konturierten Kerns in Verbindung mit Kokillen bzw. Kühl eisen für die Nocken die Schmelze im Bereich der gegen die Kokillen gegossenen Nocken schnell erstarrt und so zu einer sofortigen Fixierung des Kerns führt. Man kommt also mit einer Konstruktion der Gießvorrichtung aus, bei der der Kern lediglich außerhalb des Formhohl raums abgestützt ist. In diesem Zusammenhang sei auf folgendes hingewiesen: Würde man eine Nockenwelle hohl, jedoch mit einem zylindrischen Hohlraum gießen, so würde sich der erforderliche zylindrische Kern ohne Kernstützen beim Füllen der Gießform mit dem flüssigen Gußeisen infolge unterschiedlicher Erwärmung (diese wäre im Bereich der Nocken größer als in den Bereichen zwischen den Nocken) sowie infolge des unterschiedlichen hydrostatischen Drucks, welcher auf die verschiedenen Bereiche des Nockenwellenkerns wirkt, verwerfen (ausbeulen), was unterschiedliche Wandstärken auch im Bereich des Nockenwellenschafts zur Folge hätte. Die erfindungsgemäße Gießvorrichtung mit einem konturierten Kern erlaubt es also, auch im Bereich des Nockenwellen schafts eine im wesentlichen überall gleiche Wandstärke der Nockenwelle zu garantieren.Through these measures, not only the posed solution, but achieved the additional advantage that lighter camshafts can be produced because the casting device according to the invention not one cylindrical camshaft channel, but leads to a those whose outer contour is that of the camshaft is adjusted. Contrary to all of the state of the art given instructions (this will be discussed later According to the invention, the contour core with one of the well-known, sand-based build foundry mold materials, and indeed without reinforcement by a support tube or the like. A such sand molding material then disintegrates in the course of Cooling of the cast and is consequently easy remove; he also needs in the invention Pouring device contrary to conventional opinion (also this will be discussed later) even with behaves long and slender camshafts not so mentioned core supports, as a result of the use of a contoured core in connection with molds or cooling iron for the cams the melt in the area of the counter the die-cast cams quickly solidified and stuff leads to an immediate fixation of the core. Man comes with a construction of the casting device in which the core is only outside the mold hollow is supported. In this context, be on pointed out the following: If you were to hollow a camshaft, but pour with a cylindrical cavity, so would have the required cylindrical core without Core supports when filling the mold with the liquid Cast iron due to different heating (this would be larger in the area of the cams than in the areas between the cams) as well as due to the different hydrostatic pressure, which depends on the different Discard areas of the camshaft core (bulge) what different wall thicknesses in the Area of the camshaft shaft would result. The Pouring device according to the invention with a contoured Kern therefore allows it, also in the area of the camshafts wall thickness is essentially the same everywhere to guarantee the camshaft.
Aus dem Stand der Technik konnte aber nur der Schluß gezogen werden, daß beim Gießen langer, schlanker Hohlkörper - und um einen solchen handelt es sich bei einer hohl-gegossenen Nockenwelle - von einem Sandkern Abstand zu nehmen ist, jedenfalls dann, wenn auf Kern stützen innerhalb des Formhohlraums verzichtet werden soll (DE-OS 29 04 415, Seite 4, mittlerer Absatz sowie EP-A1-0154787, Seite 1, zweiter Absatz). In der Gieß vorrichtung nach der EP-A1-0154787 zur Herstellung einer hohl-gegossenen Nockenwelle mit einem zylindrischen Nockenwellenkanal wird als Kern ein zylindrischer Stab verwendet, welcher nur in den Stirnwänden der Gießform gehalten ist und aus einem Träger besteht, welcher mit einem Isoliermaterial beschichtet ist, das durch die Schmelze zersetzt wird. Hierbei soll es sich auch um eine Sandschicht (Fig. 5) handeln können, deren Außen kontur jedoch gleichfalls zylindrisch ist (Fig. 1, 3 und 5). Grundsätzlich rät die EP-A1-0154787 von der Verwendung einer Sandbeschichtung jedoch ab (siehe insbesondere Seite 1, Zeilen 7, bis 12), u. z. mit der Begründung, ein Sandkern führe zu einer zu rauhen Wand des Nockenwellenkanals, weshalb als Beschichtung mit Keramikpartikeln imprägniertes Papier empfohlen wird (Anspruch 2).From the prior art, however, it was only possible to conclude that when casting long, slim hollow bodies - and such is a hollow-cast camshaft - a sand core should be avoided, at least when the core is supported should be dispensed within the mold cavity (DE-OS 29 04 415, page 4, middle paragraph and EP-A1-0154787, page 1, second paragraph). In the casting device according to EP-A1-0154787 for the production of a hollow cast camshaft with a cylindrical camshaft channel, a cylindrical rod is used as the core, which is held only in the end walls of the casting mold and consists of a carrier which is coated with an insulating material which is decomposed by the melt. This should also be a layer of sand ( Fig. 5), the outer contour of which is also cylindrical ( Figs. 1, 3 and 5). Basically, however, EP-A1-0154787 advises against the use of a sand coating (see in particular page 1, lines 7 to 12), on the grounds that a sand core leads to a rough wall of the camshaft channel, which is why impregnated with ceramic particles as a coating Paper is recommended (claim 2).
Selbst bei Gießvorrichtungen für hohl-gegossene Kurbel wellen, bei denen das Verhältnis Durchmesser zu Länge viel größer ist als bei einer Nockenwelle, wird die Abstützung des Kerns empfohlen, u. z. dadurch, daß ein hohler Kern mit in seiner Wandung vorgesehenen Löchern verwendet wird (DE-PS 678 539, Seite 2, Zeilen 73 bis 76 sowie Fig. 3)Even in the case of casting devices for hollow-cast crankshafts, in which the ratio of diameter to length is much larger than for a camshaft, the support of the core is recommended, uz by using a hollow core with holes provided in its wall (DE- PS 678 539, page 2, lines 73 to 76 and Fig. 3)
Im folgenden soll die Erfindung anhand einer in der bei liegenden Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungs form der erfindungsgemäßen Gießvorrichtung sowie einer gleichfalls gezeigten, mit dieser Gießvorrichtung her gestellten Nockenwelle noch näher erläutert werden; in der Zeichnung zeigen:In the following the invention is based on one in the lying drawing shown preferred embodiment form of the casting device according to the invention and one also shown here with this casting device provided camshaft are explained in more detail; in the drawing shows:
Fig. 1: einen Teil der Nockenwelle in perspektivischer Darstellung und im Schnitt, und FIG. 1 shows a part of the camshaft in a perspective representation and in section, and
Fig. 2: einen Schnitt durch die Gießform samt erstarrter Nockenwelle. Fig. 2: a section through the mold including solidified camshaft.
Die in Fig. 1 gezeigte Nockenwelle besitzt einen im wesent lichen hohlzylindrisch ausgebildeten Wellenschaft 10, an den Lagerringe 12 und Nocken 14 angegossen sind. Diese hohle Nockenwelle besitzt überall eine ungefähr gleiche Wandstärke, die allerdings im Bereich der Nockenspitzen 14 a vorzugsweise etwas größer ist als im Bereich des Wellenschafts 10 oder in demjenigen Bereich 14 b, in dem der Außenradius des Nockens dem sogenannten Grundkries radius entspricht. Auch liegt es noch im Rahmen der Er findung, an die an sich hohl gegossene Nockenwelle einen massiven Flansch, Scheibe oder dergleichen anzugießen, d. h. ein Element, wie es in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 16 versehen worden ist. The camshaft shown in FIG. 1 has an essentially hollow cylindrical shaft shaft 10 , on which bearing rings 12 and cams 14 are cast. This hollow camshaft has approximately the same wall thickness everywhere, but is preferably somewhat larger in the area of the cam tips 14 a than in the area of the shaft shaft 10 or in the area 14 b in which the outer radius of the cam corresponds to the so-called basic radius. Also, it is still within the scope of the invention to cast a solid flange, disc or the like onto the camshaft, which is cast in a hollow manner, ie an element as has been provided with the reference number 16 in FIG. 1.
In Fig. 2 bezeichnet 20 eine Wand des Formkastens, 22 eine aus einem Formstoff gebildete und einen Formhohlraum 24 bildende Gießform, 26 einen Formstoffkörper (Gießkern), der auf einem Tragrohr 28 befestigt ist und zusammen mit diesem einen Kern bildet, 30 verschiedene Kokillen, gegen die die Nocken gegossen werden, wobei jede Kokille, wie an sich bekannt, mittig geteilt ist und zwei Halbschalen bildet, und schließlich wurde mit 40 die gesamte Nockenwelle be zeichnet. Das Tragroht 28 ragt beidseitig aus dem Form stoffkörper 26 heraus und greift in Löcher 20 a des Form kastens ein. Es besitzt eine ganze Reihe von Löchern 28 a, über die der Formstoff des Formstoffkörpers 26 begast werden und/oder ausgasen kann, wobei pro laufender Längeneinheit des Tragrohrs 28 im Bereich der Nocken 14 mehr Löcher 28 a vorgesehen sind als in den Bereichen zwischen den Nocken.In FIG. 2, 20 denotes a wall of the molding box, 22 a formed from a molding material and a mold cavity 24 forming mold 26 has a molding body (mold core), which is mounted on a support tube 28 and forms together with this a core 30 different molds, against which the cams are cast, each mold, as is known, is divided in the middle and forms two half-shells, and finally the entire camshaft was designated 40 . The support tube 28 protrudes from both sides of the molded material body 26 and engages in holes 20 a of the mold box. It has a whole series of holes 28 a through which the molding material of the molding body 26 can be gassed and / or outgassed, with more holes 28 a being provided in the area of the cams 14 per running unit of length of the support tube 28 than in the areas between the cams .
In Fig. 2 wurde bei 14 c durch radial verlaufende Striche angedeutet, daß die Umfangswandbereiche der Nocken 14 ein radial gerichtetes fein-dendritisches Gefüge aufweisen.In FIG. 2 it was indicated at 14 c by radial lines that the peripheral wall regions of the cams 14 have a radially directed fine-dendritic structure.
Die Wandstärke der Nockenwelle 40 liegt vorzugsweise überall in einem Bereich zwischen ca. 3 und 5 mm, vorzugsweise bei ca. 4 mm, und die Löcher 28 a besitzen einen Durchmesser von max. ca. 1 mm, vorzugsweise von ca. 0,8 mm.The wall thickness of the camshaft 40 is preferably anywhere in a range between approximately 3 and 5 mm, preferably approximately 4 mm, and the holes 28 a have a diameter of max. about 1 mm, preferably about 0.8 mm.
Wird der Formhohlraum 24 durch nicht dargestellte Auguß öffnungen mit flüssigem Eisen befüllt, so wird dieses durch die Kokillen 30 in den mit 14 c bezeichneten Bereichen, d. h. in den Laufflächenbereichen der Nocken, schroff abge kühlt, ohne daß diese Bereiche durch weiter im Innern der Nockenwelle befindliches, noch nicht erstarrtes Eisen wieder aufgewärmt werden können, da die Nockenwelle hohl gegossen wurde und die Wandstärke überall, wenigstens im wesentlichen, ungefähr gleich groß ist. Deshalb besitzen die Umfangsbereiche 14 c der Nocken durchgehend ein graphit freies ledeburitisches Gefüge, welches durchgehend besonders fein-dendritisch und somit homogen ist.If the mold cavity 24 is filled with liquid iron through openings (not shown), this is cooled abruptly by the molds 30 in the areas denoted by 14 c , ie in the tread areas of the cams, without these areas being caused by further inside the camshaft located, not yet solidified iron can be warmed up again, since the camshaft was cast hollow and the wall thickness everywhere, at least essentially, is approximately the same size. Therefore, the circumferential regions 14 c of the cams have a graphite-free ledeburitic structure, which is particularly fine-dendritic and thus homogeneous throughout.
Zusätzlich zu den gezeichneten Elementen kann die erfindungs gemäße Nockenwelle in ihrem mittleren Bereich noch mit einer schmalen zusätzlichen Nockenscheibe für die Betätigung einer Vakuumpumpe versehen werden, die man wegen ihrer Schmalheit zweckmäßigerweise ebenso wie den Flansch 16 massiv ausbilden wird, ohne dadurch von der Lehre der Er findung abzuweichen. Letzteres gilt auch für den Gedanken, die Wandstärke der Nockenwelle von deren einem, angetriebenem Ende zum anderen Ende zu vermindern, um dem abnehmenden, zu übertragenden Drehmoment Rechnung zu tragen.In addition to the elements shown, the camshaft according to the invention can still be provided in its central region with a narrow additional cam disk for the actuation of a vacuum pump, which, due to its narrowness, is expediently designed to be massive, as is the flange 16 , without the teaching of Er deviate. The latter also applies to the idea of reducing the wall thickness of the camshaft from one driven end to the other end in order to take account of the decreasing torque to be transmitted.
Die in der Gießereitechnik bekannten, auf der Basis von Sand hergestellten Formstoffe (durch Erhitzen eines Kunststoff Bindemittels zusammenbackender Sand oder durch eine chemische Reaktion sich verfestigender, chemisch behandelter Sand), die sich gut für die Herstellung des Kerns der erfindungs gemäßen Gießvorrichtung eignen, führen beim Füllen der Gieß form mit dem flüssigen Eisen zu einer Gasentwicklung und/oder müssen für die Durchführung der erwähnten chemischen Reaktion begast werden, weshalb bei Verwendung eines den Kern verstärken den Tragrohrs in dessen Wandung Löcher vorgesehen werden müssen. Auch ist es möglich, durch den im Kern gebildeten Längskanal eine Form zur Herstellung des Formstoffkörpers zu evakuieren, um Lufteinschlüsse durch den Formstoff zu verhindern.The ones known in foundry technology, based on sand manufactured molding materials (by heating a plastic Binding sand or a chemical Reaction of solidifying, chemically treated sand), which works well for making the core of the invention suitable pouring device, lead when filling the pouring form with the liquid iron to form a gas and / or need to carry out the chemical reaction mentioned be fumigated, which is why when using one reinforce the core holes must be provided in the wall of the support tube. It is also possible through the longitudinal channel formed in the core to evacuate a mold for producing the molding, to prevent air pockets through the molding material.
Das Tragrohr muß selbstverständlich nicht unbedingt einen kreisringförmigen Querschnitt aufweisen. So könnte eine Aus führungsform mit rechteckigem Querschnitt empfehlenswert sein, bei der das Tragrohr aus zwei Winkelprofilen zusammen gesetzt ist, die längs ihrer Ränder mit Unterbrechungen durch Schweißen miteinander verbunden wurde, so daß die Unterbrechungen Öffnungen zum Entgasen und/oder Begasen des Formstoffkörpers bilden. Ferner könnte das Tragrohr als rundes, längs- oder spiralgeschweißtes Rohr ausgebildet sein. Die Gasdurchlaßöffnungen kann man mechanisch bohren, sie lassen sich aber auch z. B. mittels eines Lasers herstellen. Ferner kann ein poröses, z. B. gesintertes oder nicht-metallisches Trag rohr empfehlenswert sein, dessen Poren die Gasdurchlaß öffnungen bilden.Of course, the support tube does not necessarily have to be one have an annular cross section. So an out guide form with a rectangular cross section may be recommended, in which the support tube is composed of two angle profiles which is set along its edges with breaks was joined together by welding so that the interruptions openings for degassing and / or Form fumigation of the molded body. It could also Support tube as a round, longitudinal or spiral welded Tube be formed. The gas passage openings can you drill mechanically, but you can also z. B. using a laser. Furthermore, a porous, e.g. B. sintered or non-metallic support be recommended pipe, the pores of the gas passage form openings.
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ES1001032Y (en) | 1988-12-16 |
ES1001032U (en) | 1988-04-16 |
DE3532196A1 (en) | 1987-04-16 |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
8363 | Opposition against the patent | ||
8331 | Complete revocation |