DE3744958C2

DE3744958C2 -

Info

Publication number: DE3744958C2
Application number: DE3744958A
Authority: DE
Inventors: Rudi 4050 Moenchengladbach De Hass; Georg 5180 Eschweiler De Jansen; Wilhelm 4050 Moenchengladbach De Kallen
Original assignee: Eisengiesserei Monforts & Co 4050 Moenchengladbach De GmbH
Current assignee: Eisengiesserei Monforts & Co 4050 Moenchengladbach De GmbH
Priority date: 1986-12-15
Filing date: 1987-04-14
Publication date: 1992-03-19
Also published as: DE3744958A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gießen eines Gußeisenkörpers mit einem mit Hilfe eines Formkerns gebildeten Hohlraum. Sie betrifft ferner eine Gießform mit einem, insbesondere stabartig langgestreckten, Formkern in der Eisengießerei. Schließlich betrifft die Erfindung ein einen Hohlraum enthaltendes Gußeisenstück. Vorzugsweise bezieht sich die Erfindung auf das Gießen eines stabartig langgestreckten Eisenkörpers.

Wenn ein langgestrecktes Gußeisenteil, z. B. eine Nockenwelle eines Verbrennungsmotors, als Hohlkörper mit langgestrecktem Hohlraum, insbesondere Durchgang, gegossen werden soll, muß ein Kern angefertigt und in die Form eingebracht werden, in die die Eisenschmelze zu gießen ist. Grundsätzlich können hierzu Sandkerne üblicher Art verwendet werden. Langgestreckte Sandkerne müssen jedoch je nach Kerndurchmesser und -länge einmal oder mehrmals im mittleren Teil ihrer Länge abgestützt werden, wobei schließlich das Sandkernverfahren von einem bestimmten Längen/Durchmesser-Verhältnis, z. B. von 500 mm Länge und 10 mm Durchmesser an, in der Praxis ganz versagt.

Zum Erzeugen eines durchgehenden Kanals in einem Gußeisenblock ist es aus der DE-OS 22 12 177 bekannt, zum Eingießen des Kanals einen Kern vorzusehen, der aus einem Rohr aus durch ein organisches Bindemittel zusammengehaltenem zerkleinertem Glas mit in das Rohr gesteckter stabilisierender Stange und auf das Rohr aufgebrachtem Trennmittel besteht; vgl. z. B. Anspruch 1 der Druckschrift. Bei Anwendung soll es wesentlich sein, daß das die Glasteilchen zusammenhaltende Bindemittel verbrennt oder schmilzt und entweicht.

Zum Gießen harter, hochschmelzender, metallischer Gegenstände der Chrom-Kobalt-Molybdän-Klasse mit feinen durchgehenden Löchern bzw. Bohrungen im Längen- und Durchmesserbereich von wenigen mm, die wegen der Härte des Materials nicht spanabhebend zu erzeugen sind, ist es aus der DE-PS 8 23 644 bekannt, einen Quarzfaden, einen Wickeldraht oder ein keramisches Rohr in die Gießform einzusetzen. Im Bekannten geht es vor allem darum, den jeweiligen Kern durch chemisches Auflösen aus dem fertigen Gußstück zu entfernen.

Zum Ausbilden hinterschnittener Hohlräume in Druckgußstücken, insbesondere aus Leichtmetall und deren Legierungen, ist es aus der DE-AS 12 59 511 bekannt, hohle Glaskerne, die aus Borsilikatglas bestehen können, zu verwenden. In diesem Fall werden also die Glaskörper nicht zum Ausbilden von Hohlräumen, sondern zum Ausbilden von Hinterschneidungen eingesetzt. Sie werden daher sofort nach Beendigung des Druckgieß-Vorgangs zerstört, und die beim Zerstören entstandenen Bruckstücke werden durch die Kernmarkenöffnung der Druckgießform entfernt.

Aus der US-PS 23 04 879 ist es bekannt, die Hülsen von Artilleriegranaten mit Hilfe eines entsprechend der Hülse geformten, einseitig offenen Glaskerns zu gießen. Nach dem Bekannten soll der Gießkern aus Glas mit einer Schmelztemperatur von etwa 1.315°C bestehen. Als Metall der Hülse sind Metalle wie Messing, Kupfer, Zink oder Aluminium vorgesehen. Eine wesentliche Forderung scheint im Bekannten darin zu bestehen, daß die Schmelztemperatur des Glases höher als diejenige des gegossenen Metalls sein soll. In der Praxis ergeben sich jedoch Schwierigkeiten, weil das Glas keinen eigentlichen Schmelzpunkt, sondern nur einen Schmelzbereich besitzt, so daß - selbst wenn das Glas wegen hoher thermischer Spannungen nicht brechen sollte - eine Verformung eintritt, die die Form (und damit das Gußteil) schon während des Gießens sehr häufig unbrauchbar macht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Gießform zum Herstellen eines hohlgegossenen Gußeisenkörpers, insbesondere einer hohlgegossenen Nockenwelle, also eines langgestreckten Gußeisenkörpers, zu schaffen, das es erlaubt, Hohlkörper ohne Gußöffnung, insbesondere mit, z. B. gewichtsmindernd, relativ dickem zylindrischem und/oder der Außenkontur des Werkstücks angepaßtem Hohlraum zu gießen. Die Innenfläche des Gußteils soll, wenn und insoweit sie überhaupt erreichbar bzw. von Bedeutung ist, ohne wesentliche Nachbearbeitung etwa der Oberflächengüte einer mechanischen Bohrung entsprechen; es soll ein auch in der Praxis eines Gießereibetriebes problemloses Handling möglich sein; und ein langgestreckter Formkern soll ohne Abstützung des mittleren Bereichs seiner Länge auch bei Längen/Durchmesser-Verhältnissen des Kerns von bis zu 500 mm/5 mm einsetzbar sein.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht für das eingangs genannte Gießverfahren darin, daß ein aus Glas bestehender Formkern ganz in den Gußeisenkörper eingeschlossen wird. Die Lösung besteht für die Gießform darin, daß ein aus Glas bestehender Formkern ganz vom herzustellenden Gußeisenkörper umschlossen ist. Der Formkern kann eine glatte zylindrische oder auch eine den Erfordernissen nach Stabilität, Gewicht oder dergleichen konturierte Oberfläche besitzen.

Durch die Erfindung werden ein Gießverfahren und eine Gießform geschaffen, die es in der Eisengießerei erlauben, einen Hohlkörper zu gießen, ohne daß im Werkstück schwer zu durchbohrende Abschreckschichten oder dergleichen entständen. Das Verfahren und die Form mit einem Glasrohr als Formkern sind besonders gut geeignet zum Herstellen einer Nockenwelle, die bekanntlich für ihre Länge relativ dünn ist, aber aus Gründen der Gewichtsersparnis oder als Ölzuführleitung eine teilweise oder ganz durchgehende Längsbohrung haben soll.

Nach dem Gießen und Abkühlen eines erfindungsgemäß hergestellten Gußeisenkörpers kann - wenn erforderlich - in dessen Hohlraum, verbliebenes Glas nach Öffnen des Hohlraums mit einfachsten Mitteln, die z. B. zum Entfernen von Sandkernen bekannt sind, insbesondere durch einfaches Bohren, durch Vibration, Strahlmittel oder Wasserhochdruck, ausgelöst werden.

Unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens gelingt es, einen Gußeisenkörper herzustellen, der einen definierten Hohlraum ohne jeden durch das Gießen bedingten Zugang nach außen besitzt. Dieser Hohlraum kann stabartig langgestreckt und mit jeder beliebigen, Stabilität, Gewicht oder dergleichen des herzustellenden Werkstücks berücksichtigenden Kontur ausgestattet werden.

Im einfachsten Fall besteht ein Formkern zum Gießen eines einen definierten Hohlraum ohne durch das Gießen bedingten Zugang aufweisenden Gußeisenkörpers darin, daß ein Glasrohr an beiden Längsenden zugeschmolzen und mit Hilfe von Kernstützen an den Längsenden innerhalb der Form in für das Gießen ausreichend stabiler Weise positioniert wird. Vorzugsweise kann die einzelne Kernstütze aus einem über den Formkern zu schiebenden Eisenring bestehen, an dem beispielsweise mit 120° gegenseitigem Abstand, Stützbeine angesetzt sind. Im allgemeinen werden, z. B. drei oder vier getrennte Stützen verwendet. Grundsätzlich kann der geschlossene, beim Gießen ganz innerhalb der Form verbleibende Formkern jede beliebige Konfiguration als geschlossener Glaskolben besitzen.

Nach dem Vorangehenden wird erfindungsgemäß unter dem Begriff "Hohlraum" des Gußeisenkörpers ein beim Gießen erzeugter ganz von dem Gußeisen umschlossener Raum verstanden. Während beim Vorhandensein einer durch das Gießen bedingten nach außen führenden Öffnung das innerhalb des Hohlraums bzw. an dessen Wänden verbliebene Glas nach dem Gießen entfernt werden könnte, ist eine solche Nachbehandlung bei dem allseits umschlossenen Hohlraum nur möglich, wenn nachträglich eine entsprechende Öffnung hergestellt wird.

Ein erfindungsgemäß allseitig umschlossener Hohlraum ist dann von besonderem Vorteil, wenn entweder lediglich eine Gewichtsminderung gewünscht wird, oder wenn der Hohlraum ganz definierte durch das Gießen nicht mit ausreichender Genauigkeit herzustellende Öffnungen besitzen soll, die nachträglich mit Hilfe eines - durch kein Gußloch gestörten - Bohrers zu erzeugen sind. Bei derartigen Bohrungen wird jedoch im allgemeinen - meist schon bei der Konzeption des Gußkörpers - darauf zu achten sein, daß der Bohrer nicht bis an den Glaskern heran kommt oder diesen durchstößt. In beiden Fällen wäre es dann nämlich in der Regel erforderlich, das Glas vollständig zu entsorgen.

Zum Herstellen des erfindungsgemäßen Formkerns kommen verschiedene Gläser infrage. Bevorzugt werden Quarzglas und wegen des verminderten Aufwands vor allem Quarzgut. Quarzglas wird aus kristallinem Quarz durch vollständiges Schmelzen und Entgasen hergestellt. Demgegenüber kann Quarzgut bereits durch teilweises Schmelzen bzw. Sintern von Quarzsand hergestellt werden. In der Praxis bewährt sind auch Gläser, die schon bisher dazu verwendet wurden, aus einer Stahl- oder Eisenschmelze Proben für Analysen nach Pipettenart zu ziehen. Es eignen sich Bor-Tonerde-Gläser, z. B. nach Art eines Verbrennungsrohrs im Labor oder dergleichen üblichen Materials mit geringen Temperatur-Ausdehnungskoeffizienten.

Wenn konturierte Kerne benötigt werden, kann ein erfindungsgemäßer, aus Glas bestehender Formkern mit Glasteilen größeren oder kleineren Durchmessers kombiniert werden. Es kann auch ein Hohlkern unmittelbar so in eine konturierte Kernform geblasen oder gepreßt werden, daß sie rundum innerhalb der Form enden.

Anhand der schematischen Darstellung von Ausführungsbeispielen werden Einzelheiten der Erfindung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Gießform im Schnitt quer zur Längsrichtung eines Formkerns; und

Fig. 2 eine Form im Schnitt eines allseitig eingeschlossenen Formkerns.

Der Schnitt durch eine Gießform nach Fig. 1 zeigt die Unterform 1, die Oberform 2 und ein als Formkern dienendes Glasrohr 3. Zum Gießen wird der schraffierte Hohlraum zwischen Unterform 1 und Oberform 2 mit dem den späteren hohlen Gußkörper 4 bildenden Eisenguß ausgefüllt. Obwohl der Weichungspunkt des zum Herstellen des Glasrohres 3 verwendeten Glases weit unterhalb der Temperatur des flüssigen Eisens liegt, entsteht beim Gießen und anschließenden Abkühlen des Gußkörpers 4 eine der Oberflächenqualität des Glasrohres 3 entsprechend glatte Innenfläche 5 des Gußkörpers 4.

Fig. 2 zeigt eine Form im Schnitt mit allseitig zwischen Unterform 1 und Oberform 2 eingeschlossenem Formkern 7. Dieser wird in dem zwischen Unterform 1 und Oberform 2 verbleibenden Hohlraum mit Hilfe von je drei Kernstützen 10 so positioniert, daß das herzustellende Gußeisenstück 4 die gewünschte Innenkontur erhält. Die Kernstützen 10 sollen so dimensioniert werden, daß sie den Formkern 7 nicht nur tragen, sondern auch seinem Auftrieb im flüssigen Eisen widerstehen können.

Gemäß Fig. 2 können erhabene Zonen 8 des herzustellenden Gußkörpers 4 Vertiefungen von Unter- und Oberform 1, 2 sowie erhabene Zonen 9 des Formkerns selbst entsprechen, so daß das herzustellende Gußeisenstück im wesentlichen überall gleiche Wandstärke erhält.

Der in einer Gießform entsprechend Fig. 2 zu verwendende Formkern 7 kann vorzugsweise aus Quarzgut hergestellt werden. Ein solcher Hohlkern führt natürlich zu einer erheblichen Gewichtsverminderung im Verhältnis zu einem herkömmlich hergestellten Gußeisenkörper.

Ohne Verletzung des fertigen Gußkörpers kann man nicht ohne weiteres feststellen, ob der eingegossene Hohlraum die vorgesehene Position hat, ob also die Dicke der Wand um den Hohlraum herum, überall die gewünschte Stärke besitzt. Die entsprechende Qualitätsprüfung kann jedoch beispielsweise mit Hilfe üblicher Ultraschall-Meßverfahren vorgenommen werden. Die Gießerei ist daher in der Lage, dem Abnehmer eine gleichbleibende Qualität zu garantieren.

Bei Versuchen wurde ein Glaskolben unter Normaldruck zugeschmolzen, in dem Kolben herrschte also normaler Luftdruck. Ein solcher Kolben wurde mit Hilfe von Kernstützen zwischen Ober- und Unterform so positioniert, daß er überall den gewünschten Abstand von der Außenform besaß. Nach dem Gießen und Abkühlen des Gußeisenkörpers konnte durch Ultraschall festgestellt werden, daß der Hohlkolben seine Position beim Gießen nicht verändert hat. Die weitere Überprüfung durch Aufsägen des Gußkörpers ergab ebenfalls eine einwandfreie Ausbildung und exakte Position des in dem Werkstück herzustellenden allseits eingeschlossenen Hohlraums.

Claims

1. Verfahren zum Gießen eines Gußeisenkörpers (4) mit einem mit Hilfe eines Formkerns (7) gebildeten Hohlraum, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus Glas bestehender Formkern (7) ganz in den Gußeisenkörper (4) eingeschlossen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein allseits geschlossener, hohler Glaskolben als Formkern eingesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Glaskolben durch Zuschmelzen der Enden eines Glasrohrs hergestellt wird.

4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein ganz in den herzustellenden Gußeisenkörper einzuschließender Formkern mit Hilfe von Kernstützen (10) positioniert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernstützen (10) aus einem über den Formkern zu schiebenden Ring mit daran angesetzten Stützbeinen hergestellt werden.

6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkern aus Quarzglas hergestellt wird.

7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkern aus Quarzgut hergestellt wird.

8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Formkern mit unbeschlichteter Oberfläche verwendet wird.

9. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein durch Schmelzen oder Sintern von kristallinem Quarz bzw. Quarzsand hergestellter Formkern eingesetzt wird.

10. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch die Anwendung zum Hohlgießen einer Nockenwelle, insbesondere einer zur Anwendung in einem Verbrennungsmotor vorgesehenen Nockenwelle.

11. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Gußeisenkörper (4) zum Loslösen und Entfernen der Glasteile geöffnet wird.

12. Gießform mit einem, insbesondere stabartig langgestreckten, Formkern in der Eisengießerei, insbesondere zum Durchführen des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus Glas bestehender Formkern (7) ganz vom herzustellenden Gußeisenkörper (4) umschlossen ist.

13. Gießform nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkern (7) aus einem allseits geschlossenen, hohlen Glaskolben besteht.

14. Gießform nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein durch Zuschmelzen der Enden des Glasrohrs hergestellter Glaskolben vorgesehen ist.

15. Gießform nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein in den herzustellenden Gußeisenkörper (4) vollständig einzuschließender Formkern (7) vor dem Gießen innerhalb der Form mit Kernstützen (10) positioniert ist.

16. Gießform nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kernstütze (10) aus einem über den Formkern zu schiebenden Ring mit daran angesetzten Stützbeinen besteht.

17. Gießform nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkern (7) aus Quarzglas besteht.

18. Gießform nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkern (7) aus Quarzgut besteht.

19. Gießform nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkern (7) aus an der Oberfläche schlichtefreiem Glas besteht.

20. Gießform nach mindestens einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß ein durch Schmelzen oder Sintern von kristallinem Quarz bzw. Quarzsand hergestellter Formkern vorgesehen ist.

21. Gußeisenkörper, hergestellt nach dem Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, oder hergestellt mit Hilfe einer Gießform nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 20, gekennzeichnet durch einen beim Gießen allseitig umschlossenen Hohlraum, an dessen Innenkontur Glas, insbesondere Quarzgut, anliegt.