DE4028868A1 - Sandgussform zur herstellung von zylinderkoepfen aus aluminium - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Sandgußform zur Herstellung von Zylinderköpfen aus Aluminium nach dem Oberbegriff des An­ spruchs 1.

Bei einer derartigen bekannten Sandgußform ist ein Gieß­ trichter sowie ein zur Atmosphäre offener Steiger angeord­ net. Die flüssige Aluminiumschmelze wird so lange in den Gießtrichter eingefüllt, bis die Schmelze durch den Steiger wieder austritt. Dies soll die Gewähr dafür sein, daß die Form sauber abgegossen wird.

In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, daß wegen der feh­ lenden Reproduzierbarkeit die Ausschußquote derartiger im Sandguß hergestellter Aluminiumgußteile sehr hoch ist. Auch die gezielte Anordnung eines oder mehrerer zur Atmosphäre offener Steiger hat nicht zu einer merklichen Senkung der Ausschußquote geführt. Daher wurde die Verwendung einer Sandgußform zur Herstellung von Zylinderköpfen aus Alumi­ nium verworfen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sandgußform zur Herstellung von Zylinderköpfen aus Aluminium derart auszubilden, daß die Ausschußquote deutlich gesenkt ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Steiger ein zum Hohlraum offenes Sackloch vorgesehen ist, in dem ein exotherm reagierendes Material eingelagert ist.

Überraschend hat sich gezeigt, daß die zur Atmosphäre ge­ schlossenen Steiger mit dem darin eingelagerten exotherm reagierenden Material zu hervorragenden Gießergebnissen führen, wobei die Ausschußquote auf etwa 5% und geringer gesenkt werden konnte.

Darüber hinaus ist durch Verwendung der erfindungsgemäßen Sandgußform auch eine deutliche Energieeinsparung erzielt. So fallen bei der bekannten Sandgußform mit mehreren zur Atmosphäre offenen Steigern etwa 8 kg Gußabfall an. Bei der erfindungsgemäßen Sandgußform fallen aufgrund der nun als Sackloch ausgebildeten Steiger nur 5 bis 6 kg Gußabfall an, obwohl mehrere an kritischen Stellen der Gußform angeord­ nete Steiger vorgesehen sind. Da der Gußabfall aus er­ starrtem Aluminium zur Weiterverwendung wieder einge­ schmolzen werden muß, ergibt sich bei der erfindungsgemäßen Sandgußform ein geringerer Energieaufwand zum Wiederein­ schmelzen des Gußabfalls.

Die Hohlräume der Form werden durch Eingießen einer flüssigen Aluminiumschmelze aufgefüllt, bis die Aluminium­ schmelze in die Sacklochbohrungen eintritt und das exo­ therme Material reagiert. Die dabei entstehende Wärme hält die Aluminiumschmelze flüssig, wodurch eine gerichtete Er­ starrung möglich wird. Die bei der exothermen Reaktion auf­ tretenden Gase treten dabei in den Formsand ein, so daß das Arbeitsumfeld frei von Gasen und Dämpfen bleibt.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist vorgese­ hen, das exotherme Material als einsetzbaren, festen Form­ ling auszubilden, der eine Materialdichte von etwa 1,25 g/cm³ hat. Der Formling liegt etwa paßgenau in dem Sackloch, wobei er auf einem Untersatz aufsteht, der in dem dem Hohlraum zugewandten Endabschnitt des Sacklochs in der Sandgußform angeordnet ist. Der Untersatz erstreckt sich über einen Teilquerschnitt der Querschnittsfläche des Sack­ lochs, so daß eine Verbindung zwischen dem Sackloch und dem Hohlraum der Sandgußform gewährleistet ist.

Zur präzisen Halterung des Formlings ist vorgesehen, daß der Untersatz das aufstehende Ende des Formlings über­ greift. Vorzugsweise greifen der übergreifende Abschnitt des Untersatzes und das übergriffene Ende des Formlings konisch ineinander.

In Weiterbildung der Erfindung weist der Formling eine sich zum Untersatz leicht konisch erweiternde, zentrale Aufnah­ meöffnung für einen vorzugsweise zylindrischen Haltestift auf, dessen freier Endabschnitt vom Formling radial etwa spielfrei übergriffen wird. Der Formling ist so an seinen beiden gegenüberliegenden Endabschnitten radial sicher gehalten, so daß bei der Herstellung der Sandgußform ein Verrutschen des Formlings weitgehend ausgeschlossen ist.

Vorzugsweise ist vorgesehen, mehrere mit einem exothermen Material gefüllte Sacklochbohrungen anzuordnen und die Untersätze unterschiedlich dick (hoch) auszubilden. Dies hat den Vorteil, daß mit ansteigendem Spiegel der Alu­ miniumschmelze gezielt das in bestimmten Sacklöchern ent­ haltene exotherme Material nacheinander oder - bei gleicher Dicke der Untersetzer - gleichzeitig gezündet wird. Ab­ hängig vom Gießvorgang kann so der Aluminiumschmelze Wärme zugeführt werden, um das problematische Erstarrungs­ verhalten der Aluminiumschmelze positiv zu beeinflussen.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den wei­ teren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung, in der ein nachfolgend im einzelnen beschriebenes Ausführungs­ beispiel der Erfindung dargestellt ist. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Sand­ gußform,

Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Teilbereich des Kern­ paketes.

Die im Ausführungsbeispiel dargestellte Sandgußform 1 weist einen Hohlraum 3 auf, der zusammen mit einer die Sandguß­ form 1 tragenden Modellplatte 2 einen Hohlraum 3 begrenzt. Im Hohlraum 3 ist ein Kernpaket 4 angeordnet, in dem der Gußrohling ausgebildet wird. Die Sandgußform 1 ist ferner von einem Formkasten 22 umgeben, der die Modellplatte 2 be­ grenzt und in seiner Höhe der Höhe der Sandgußform 1 ent­ spricht.

In der Sandgußform 1 ist ein Gießtrichter 5 zum Einfüllen der Aluminiumschmelze vorgesehen. Der Gießtrichter 5 steht mit den auszufüllenden Hohlräumen des Kernpaketes 4 über nicht näher dargestellte Kanäle in Verbindung.

Als Steiger sind in der Sandgußform 1 Sacklöcher 6 und 7 angeordnet, die zum Hohlraum 3 hin offen sind. Die Achsen der Sacklöcher 6 und 7 stehen im wesentlichen lotrecht auf dem Boden 13 des Hohlraums 3. Im gezeigten Ausführungsbei­ spiel sind die Sacklöcher 6 und 7 leicht konisch ausge­ bildet, wobei die größere Querschnittsfläche eines jeden Sacklochs 6 und 7 dem Hohlraum 3 zugewandt liegt.

In jedem Sackloch 6 und 7 ist ein exotherm reagierendes Material angeordnet, welches im Ausführungsbeispiel als Formling 8 bzw. 9 ausgebildet ist. Das Material besteht aus einer Mischung aus Aluminiumgrieß, Flußmittel und Kalium­ nitrat. Es wird in der Gießereitechnik auch als "Lunker­ pulver" bezeichnet und hat eine Zündtemperatur von etwa 350°C. Der aus dem Lunkerpulver gepreßte Formling hat eine Dichte von vorzugsweise etwa 1,25 g/cm³.

Wie im Ausführungsbeispiel gezeigt, steht jeder Formling 8 und 9 auf einem Untersatz 10 bzw. 11 auf, der in dem dem Hohlraum 3 zugewandten Endabschnitt des Sacklochs 8 bzw. 9 in der Sandgußform 1 liegt. Der Untersatz erstreckt sich - wie insbesondere aus Fig. 2 zu ersehen - über einen Teil­ querschnitt der Querschnittsfläche des Sacklochs 6 bzw. 7, so daß eine Verbindung jedes Sacklochs 6 und 7 mit dem Hohlraum 3 durch die offenen Teilbereiche jedes Untersatzes 10 bzw. 11 aufrechterhalten ist. Insbesondere liegt die dem Hohlraum 3 zugewandte Stirnfläche 12 jedes Untersatzes 10 und 11 in einer Ebene mit dem Boden 13 des Hohlraums 3.

Jeder Untersatz übergreift das aufstehende Ende 20 des Formlings 8 bzw. 9. Dabei ist das übergriffene Ende 20 jedes Formlings 8 und 9 konisch verjüngt ausgebildet und liegt in einer entsprechenden konischen Aufnahme des übergreifenden Abschnitts 21 jedes Untersatzes 10 und 11.

Jeder Untersatz 10 und 11 weist ferner einen zentralen Haltestift auf, der sich axial in das entsprechende Sack­ loch 6 oder 7 erstreckt. Die Haltestifte 15 der Untersetzer 11 erstrecken sich axial über eine Teillänge des Sackloches 7, so daß zwischen dem freien Ende des Haltestiftes 15 und dem Boden des Sackloches 7 ein Abstand verbleibt.

Der Haltestift 16 des Untersatzes 10 ist axial länger aus­ gebildet als das Sackloch 6, so daß das freie Ende des Hal­ testiftes 16 in den Boden des Sackloches 6 eintaucht und in der Sandgußform 1 eingebettet ist.

Jeder Formling 8 bzw. 9 hat eine zentrale Aufnahmeöffnung 17 bzw. 18 für den jeweiligen Haltestift 15 bzw. 16. Vor­ zugsweise erweitert sich die Aufnahmeöffnung 17 bzw. 18 leicht konisch zum jeweiligen Untersatz 10 bzw. 11 hin. Dabei ist die Aufnahmeöffnung 18 des Formlings 8 als durch­ gehendes Mittelloch ausgebildet, während die Aufnahmeöff­ nung 17 des Formlings 9 als Sackloch vorgesehen ist. Im Boden des die Aufnahmeöffnung 17 bildenden Sacklochs ist vorzugsweise eine Entlüftungsöffnung 19 vorgesehen.

Der freie Endabschnitt jedes Haltestiftes 15 und 16 liegt etwa spielfrei in der jeweiligen Aufnahmeöffnung 17 bzw. 18, wobei der Haltestift 16 den Formling 8 durchragt.

Wie insbesondere aus Fig. 1 zu ersehen, liegt jeder Form­ ling 7 und 8 etwa paßgenau in dem zugeordneten Sackloch 6 bzw. 7.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung sind die Hal­ testifte 15 und 16 im Oberteil der Modellplatte festgelegt, wobei sie gleichzeitig die Untersätze in ihrer jeweiligen Lage sichern.

Die im Formkasten 22 gehaltene, auf der Modellplatte 2 aufstehende Sandgußform 1 mit ihrem im Hohlraum 3 angeord­ neten Kernpaket 4 wird über den Gießtrichter mit der Alu­ miniumschmelze gefüllt. Über entsprechende Speisekanäle werden die in Fig. 2 schematisch dargestellten Hohlräume 30, 31, 32 und 33 aufgefüllt. Die flüssige Aluminium­ schmelze steigt während des Gießvorgangs bis zum Boden 13 des Hohlraums 3 an und tritt durch die Öffnungsbereiche 37 (Fig. 2) der Untersätze 10 und 11 in die Sacklochbohrungen 6 und 7 ein. Die Untersätze 11 haben eine geringere Dicke (Höhe) als der Untersatz 10, so daß die flüssige Aluminium­ schmelze zunächst mit den Formlingen 7 in Kontakt kommt. Die Temperatur der Aluminiumschmelze liegt bei 660°C, so daß beim Kontakt der Aluminiumschmelze mit den Formlingen 7 das exotherme Material zündet, wodurch Wärme in die Alumi­ niumschmelze eingespeist wird. Nach einem weiteren Anstei­ gen der Aluminiumschmelze wird dann auch der, bezogen auf den Boden 13, höher gelegene Formling 8 gezündet und brennt ab. Es hat sich gezeigt, daß als Sackloch ausgebildete Steiger, die mit einem exothermen Material gefüllt sind, zu deutlich besseren Gießergebnissen führen, als mit zur At­ mosphäre offenen Steigern. Die Ausschußquote der mit der erfindungsgemäßen Sandgußform hergestellten Rohlingen ist sehr niedrig, so daß eine Sandgußform zur Herstellung von Zylinderköpfen aus Aluminium wirtschaftlich einsetzbar ist. Darüber hinaus ist aufgrund der geringeren Länge der Stei­ ger bei der erfindungsgemäßen Sandgußform die Menge des Gußabfalls geringer. Da der Gußabfall für einen nächsten Gießvorgang wieder eingeschmolzen werden muß, ergibt sich durch die geringere Menge an Gußabfall auch eine Energie­ einsparung.

Vorteilhaft ist auch, daß die beim Abbrennen des exotherm reagierenden Materials auftretenden Dämpfe und Gase in der Sandform gefangen bleiben, also nicht nach außen treten. Bei offenen Steigern wurde das Lunkerpulver offen ver­ brannt, was zu einer erheblichen Beeinträchtigung des Ar­ beitsumfeldes führte. Bei dieser offenen Verbrennung ent­ stand ferner ein Krätzegemisch aus Aluminium und Resten des Lunkerpulvers, was entsorgt werden mußte. Bei den erfin­ dungsgemäß geschlossenen Steigern fällt ein Krätzegemisch nicht mehr an.

Claims (19)

1. Sandgußform zur Herstellung von Zylinderköpfen aus Alu­ minium, die einen von einer Modellplatte (2) begrenz­ baren Hohlraum (3) zur Aufnahme eines Kernpaketes (4) aufweist und in der Sandgußform (1) ein Gießtrichter (5) sowie mindestens ein Steiger (6, 7) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Steiger ein zum Hohl­ raum (3) offenes Sackloch (6, 7) ist und in dem Sack­ loch (6, 7) ein exotherm reagierendes Material ange­ ordnet ist.

2. Sandgußform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sackloch (6, 7) leicht konisch ausgebildet ist, wobei die größere Quer­ schnittsfläche dem Hohlraum (3) zugewandt liegt.

3. Sandgußform nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das exotherm reagierende Material aus einer Mischung von Aluminium-Grieß, Fluß­ mittel und Kaliumnitrat besteht.

4. Sandgußform nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das exotherm reagierende Material eine Zündtemperatur von etwa 350°C hat.

5. Sandgußform nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Material als einsetz­ barer, fester Formling (8, 9) ausgebildet ist.

6. Sandgußform nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Formling (8, 9) eine Dichte von etwa 1,25 g/cm³ hat.

7. Sandgußform nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Formling (8, 9) etwa paßgenau in dem Sackloch (6, 7) liegt.

8. Sandgußform nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Formling (8, 9) auf einem Untersatz (10, 11) aufsteht, der in dem dem Hohl­ raum (3) zugewandten Endabschnitt des Sacklochs (6, 7) in der Sandgußform liegt.

9. Sandgußform nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Untersatz (10, 11) sich über einen Teilquerschnitt der Querschnittsfläche des Sacklochs (6, 7) erstreckt (Fig. 2).

10. sandgußform nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Hohlraum (3) zuge­ wandte Stirnfläche (12) des Untersatzes (10, 11) in einer Ebene mit dem Boden (13) des Hohlraums liegt.

11. Sandgußform nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Untersatz (10, 11) das aufstehende Ende (20) des Formlings (8, 9) übergreift.

12. Sandgußform nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der übergreifende Abschnitt (21) des Untersatzes (10, 11) und das übergriffene Ende (20) des Formlings (8, 9) konisch ineinandergreifen.

13. Sandgußform nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Formling (8, 9) eine zum Untersatz (10, 11) sich leicht konisch erweiternde, zentrale Aufnahmeöffnung (17, 18) für einen vorzugs­ weise zylindrischen Haltestift (15, 16) aufweist.

14. Sandgußform nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Aufnahme­ öffnung (18) als durchgehendes Mittelloch ausgebildet ist.

15. Sandgußform nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Aufnahmeöff­ nung (17) als Sackloch mit vorzugsweise in dessen Boden angeordneter Entlüftungsöffnung (19) ausgebildet ist.

16. Sandgußform nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Formling (8, 9) den freien Endabschnitt des Haltestiftes radial etwa spielfrei übergreift.

17. Sandgußform nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltestift (15, 16) zentral am Untersatz (10, 11) befestigt ist.

18. Sandgußform nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltestift (15, 16) unter Festlegung des Untersatzes (10, 11) im Oberteil des Modells (4) festliegt, vorzugsweise in diesem ein­ geschraubt ist.

19. Sandgußform nach einem der Ansprüche 8 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß in der Sandgußform (1) mehrere auf Untersätzen (10, 11) aufstehende Formlinge (8, 9) angeordnet sind und die Untersätze (10, 11) unterschiedliche Dicke (Höhe) aufweisen.