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Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Hohlkörpern oder von
Vollkörpern in um die senkrechte Achse umlaufenden Schleudergußformen Die Erzeugung
von Walzen aus sogenanntem Verbundguß, d. h. einer äußeren härteren Schale aus besonders
verschleißfestem Material für den Ballen und einem inneren weicheren Kern aus einem
weicheren Einsatz, sei es Grauguß oder Stahl, ist in den letzten Jahren immer mehr
angestrebt und in verschiedenster Weise auch schon durchgeführt worden.
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Es ist auch bekannt, Verbundgußkörper, insbesondere auch Walzen, aus
mehrerlei Metallen in solchen Schleudergußformen zu gießen, die nur um die senkrechte
Achse umlaufen, indem man zunächst das Mantelmetall und dann das Kernmetall eingießt.
Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß das Mantelmetall nach unten hin absinkt
und infolgedessen keine gleichmäßige Wandstärke des Mantels bildet, weil ja die
innere Begrenzung des Mantels eine Parabel ist. Aus diesen Gründen hat man es vorgezogen,
den Mantel meist bei waagerecht liegender Gußform zugießen und dann das Kernmetall
bei senkrecht stehender Form einzufüllen.
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Aber diese Verfahren, welche zunächst den äußeren Mantel in waagerechter
Lage der Form schleudern und dann die Maschine in die senkrechte Lage drehen wollen,
um den inneren weicheren Kern aus einem anderen Werkstoff entweder in Schleuderguß
oder in ruhender Stellung einzugießen und dann mit dem bereits gebildeten härteren
Mantel zu verbinden, gehen von falschen Voraussetzungen aus und haben in der Praxis
.noch nicht bewiesen, daß sie durchführbar sind, was aller Wahrscheinlichkeit nach
auch niemals der Fall sein wird, wenn man folgende Überlegung anstellt: Angenommen,
der äußere Mantel würde zunächst waagerecht für sich geschleudert, so kann er nicht
eher in die senkrechte Lage gestellt werden, bis er hinreichend erstarrt ist, da
er sonst in sich zusammensacken würde. Wartet man aber erst die Erstarrung ab, so
kann nachher zwischen dem soweit schon fest gewordenen Mantel und dem später eingegossenen
weicheren Material niemals mehr eine so innige Verbindung bzw. Verschweißung erfolgen,
die erforderlich ist, um ein späteres Abplatzen des äußeren Mantels von dem inneren
weicheren Kern ganz oder teilweise zu verhindern. Um dieser Möglichkeit bzw. Gefahr
vorzubeugen, ist daher auch schon vorgeschlagen worden, etwaige Schlacke, die sich
im Innern des Mantels angesammelt haben könnte, durch einen Abstreifer zu entfernen
und besondere Stifte bzw. Rahmen oder ein chemisches Mittel zwischen Mantel und
Kern einzulegen und mit einzuschleudern, um überhaupt eine Verbindung zwischen äußerem
Mantel und innerem Kern zu erzielen. -
Abgesehen von allen Nachteilen
dieser Verfahren für die Praxis ist aber auch das Gefahrenmoment und der Kostenpunkt
einer derartigen Arbeitsweise bei verhältnismäßig schweren Körpern, wie Walzen,
nicht außer acht zu lassen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorzug der Einfachheit und
Betriebssicherheit, der durch die Praxis schon bewiesen ist. Es beruht auf dem Grundsatz,
die Walzen nur bei senkrechter Lage der Form zu schleudern.
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Bei Anwendung von mehreren Werkstoffen wird zuerst der äußere Mantel
in einer besonderen zweckentsprechenden Gattierung für sich geschleudert, wobei
je nach der eingegossenen Menge und der eingestellten Umdrehungszahl der Maschine
der äußere .Mantel in beliebiger Stärke geschleudert werden kann. Die Einfachheit
des Verfahrens besteht weiter darin, daß die Maschine in derselben Stellung weiterläuft
und mit einer bereit gehaltenen zweiten Gießpfanne der innere Kern aus weicherem
Material in dem Augenblick eingegossen, und geschleudert wird, wo die innere Oberfläche
des vorher geschleuderten und an der äußeren Oberfläche schon erstarrten Mantels
noch so weit flüssig bzw. teigig ist, daß eine vollkommen homogene Verbindung zwischen
äußerem hartem Mantel und innerem weichem Kern erfolgt, wie praktische Versuche
schon bewiesen haben.
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Es ist zwar bekannt, Metallhohlkörper, insbesondere aus Flußeisen
und Stahl, in fortlaufendem Guß in senkrechter, sich drehender Kokille herzustellen,
wobei die Drehgeschwindigkeit schon während des Eingießens allmählich und gleichmäßig
gesteigert und nach Beendigung des Eingusses auf ein Höchstmaß gebracht wird; dagegen
handelt es sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in erster Linie um die Herstellung
von Vollkörpern, wie Walzen, in senkrechter, sich drehender Kokille, in welche das
Material erst eingegossen wird, wenn die Kokille die vorher durch die Abmessungen
der Form und die Eigenschaften des Metalls bedingte errechnete höchste Drehzahl
erhalten hat, wobei auch Hohlwalzen nach dem gleichen Grundsatz geschleudert werden
können. Diese höchste Drehgeschwindigkeit bleibt auch bestehen, bis der zweite WerkstofF
-eingegossen wird, damit der zuerst geschleuderte Mantel von dem zweiten Werkstoff
vollkommen gepackt wird und nicht bei vorheriger Verringerung der Drehzahl auch
noch in sich zusammensacken kann. Die Drehzahl wird hierauf erst allmählich, wenn
eine Verschweißung der beiden verschiedenen noch flüssigen Werkstoffe stattgefunden
hat, in Abhängigkeit von dem Einguß des Kernmaterials verringert, um dann mit der
weiteren Verringerung der. Drehzahl ein Vollgießen des inneren Kerns einschließlich
der beiden Zapfen zu erzielen.
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Es ist auf Grund von Berechnungen gezeigt worden, wie Hohlkörper im
Schleuder guß mit verschiedener innerer parabolischer Begrenzung herstellbar sind,
aus denen dann später die verlangten Körper mit geradliniger Innenbegrenzung herausgearbeitet
werden müssen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird dagegen der fertige Zylindermantel
ohne diese Parabelform und ohne Nachbearbeitung gebildet.
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Um den Nachteil auszuschalten, daß der innere Teil des zuerst geschleuderten
Hohlhörpers von einem Umdrehungsparaboloid begrenzt wird, wird erfindungsgemäß durch
eine besondere Art der Drehzahlregelung in Abhängigkeit von den Abmessungen der
Schleudergußkokille sowie unter Berücksichtigung der Eigenschaften der vergossenen
Metallart eine praktisch geradlinige Begrenzung der Innenwand erzielt, die je nach
Wunsch zylindrisch oder auch kegelförmig gestaltet sein kann. Diese Aufgabe wird
dadurch gelöst, daß das Mantelmetall bei der Höchstdrehzahl, die rechnerisch ermittelt
ist, eingegossen wird, und daß darauf unter Berücksichtigung der Erstarrungsgeschwindib
k eit und der sonstigen in Betracht kommenden physikalischen Eigenschaften des Gußmetallsdie
Drehzahl um einen bestimmten Betrag erniedrigt wird, z. B. bei einer Walze von 6oo
mm -0' und rooo min Ballenlänge würde eine Umdrehungszahl von Soo in der Minute
erforderlich sein. Beim Eingießen des Kerns wird dann die Drehzahl proportional
verringert und in diesem Falle auf eine Enddrehzahl von zoo in der Minute gebracht.
Selbstverständlich sind für das Gießen der Walzen, besonders für solche aus mehrerlei
Werkstoffen, alle bekannten Erfahrungsfaktoren, wie die Gattierung je nach
dem Verwendungszweck, die Temperatur des Gußinaterials selbst und der Kokillen sowie
die Erstarrungsgeschwindigkeit usw., zu berücksichtigen.
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Durch die Erfindung werden die beim Eingießen des Metalls in mit hoher
Drehzahl um die senkrechte Achse umlaufende Kokillen bestehenden Schwierigkeiten
und die gegen diese Arbeitsweise in der Schleudergußtechnik bestehenden Vorurteile
überwunden. Nach der Erfindung wird nämlich die Schleudergußforrn vor dem Eingießen
des Metalls auf eine so hohe maximale Drehzahl gebracht, die wesentlich höher ist
als die, welche an sich zur Bildung einer praktisch geradlinig begrenzten zylindrischen
oder kegelförmigen
Innenfläche des Hohlzylinders oder Walzenmantels
hinreichend ist. Die Größe dieser Drehzahl ist durch die Abmessungen der Kokille
und die Eigenschaften des Gußmetalls bedingt. Durch ihre Anwendung wird das Metall
beim Eingießen schlagartig an den Formenwandungen mit solcher Geschwindigkeit in
die Höhe getrieben und dabei gleichzeitig einem so hohen, von der Zentrifugalbeschleunigung
herrührenden Preßdruck unterworfen, daß jede Schalen-oder Schichtenbildung im Hohlkörper
oder Walzenmantel vermieden wird, auch dann, wenn gekühlte Metallkokillen benutzt
werden.
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Da jedoch bei Benutzung derartiger extrem hoher Umläufsgeschwindigkeiten
Zentrifugalkräfte auf das Gußmetall mit sehr großer Stärke wirken, die dem Schrumpfdruck
des erstarrenden Metalls des Hohlkörpers oder Walzenmantels entgegengesetzt gerichtet
sind und eine solche Größe erreichen, daß sie das Schrumpfen hindern und zur Rißbildung
führen können, so wird nach der Erfindung die Drehzahl und damit die Flächenpressung
in Abhängigkeit von der Erstarrungsgeschwindigkeit des Gußmetalls auf einen solchen
Betrag verringert, daß die Schwindung begünstigt und Rißbildung vermieden wird,
ohne dabei jedoch diel praktisch geradlinige Begrenzung der zylindrischen oder kegelförmigen
Innenfläche des Hohlkörpers oder Walzenmantels zu beeinträchtigen. Die Verringerung
der Drehzahl begünstigt außerdem beim Herstellen von Vollwalzen die Auswirkung der
Schrumpfkraft auf das Kernmetall und erhöht somit die innige Verbindung von Mantel
und Kern sowie die Widerstandsfähigkeit der Walze gegen mechanische Beanspruchung.
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Es können nach dem Verfahren sowohl sogenannte Hartgußwalzen als auch
Stahlwalzen, selbstverständlich auch solche aus Nichteisenmetallen aus einem oder
mehreren verschiedenen MTerkstoffen, geschleudert werden. Bei ersteren besteht der
äußere Mantel zweckmäßig aus einer möglichst harten Gattierung mit etwa d. bis 4,5
C, -1,5 bis 2,5 Mn, 1,25 bis 1,5 Si, o,5 bis 1,5 Cr, 45 bis 2,5 Ni, bei letzteren
(Stahlwalzen) am besten aus Chromnickelstahl, während der innere Kern als Sicherheit
gegen Bruchgefahr bei Hartgußwalzen aus einem weicheren Grauguß oder besser noch
Stahlguß und bei Stahlwalzen überhaupt auch aus einem weichen, zähen Stahlguß erzeugt
wird. Die Temperatur des zuerst geschleuderten harten Mantels soll bei Hartgußwalzen
möglichst hoch sein und bei etwa 140o bis z5oo°, bei Stahlwalzen je nach der Gattierung
bei etwa r6oo bis r700" liegen, um eine gute Verschweißung mit dem mit etwas niedrigerer
Temperatur vergossenen inneren Kernmaterial. zu erzielen. Bei Walzen aus Nichteisenmetallen
kann der äußere Mantel aus Kupfer oder einer harten Bronze- und der innere Kern
aus einem zähen Sondermessing besfehen.
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Der Einwand, daß nach dem Gießen bzw. Schleudern des äußeren Mantels
etwaige an der inneren Oberfläche desselben vorhandene Schlackenteilchen in der
Verschweißungszone Blasen bilden und daher keine einwandfreie innige Verbindung
bzw. Verschweißung zwischen dem Mantel und Kernwerkstoff gestatten, hat bei dem
Verfahren nach der Erfindung keinerlei praktische Bedeutung, weil, wenn nach dem
üblichen Zurückhalten der Schlacke vor, dem Gießen, wodurch an sich schon keine
Schlacke mehr in das Material kommen soll, wirklich noch kleinere Schlackenteilchen
an der inneren Oberfläche des Mantels vorhanden sein sollten, dieselben ohne weiteres
von dem Strahl des vor der endgültigen Erstarrung des äußeren Mantels eingegossenen
zweiten Werkstoffes mitgerissen und im Innern des Kerns oder oben im Trichter abgesetzt
werden, da bei diesem Verfahren der zweite Werkstoff erst in dem Augenblick eingegossen
und geschleudert wird, wo die innere Oberfläche des vorher geschleuderten und an
der äußeren Oberfläche schon erstarrten Mantels noch hinreichend flüssig ist und
infolgedessen etwaige wirklich noch vorhandene Schlackenteilchen in seinem Strahl
mitreißt und im Inneren des Kerns bzw. oben im Trichter absetzt. Dieser Beweis ist
bei dem erfindungsgemäßen Verfahren durch die Praxis als der besten Lehrmeisterin
einwandfrei erbracht worden. Wenn auch nicht unbedingt erforderlich, so ist doch
am Boden der Gußform eine Verteilungsvorrichtung zu empfehlen, die aus einer Anzahl
von der mittleren Auftreffstelle des Metalls abzweigenden, in der Drehrichtung der
Schleudergußform gekrümmten Kanälen besteht, durch die in erster Linie das Mantelmetall,
sodann aber auch, soweit als angängig, das zur Bildung der zunächst an dem Mantel
anschließenden Schichten dienende weitere Metall zugeführt wird.
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Diese Verteilungsvorrichtung unterscheidet sich grundsätzlich von
den bekannten, als Gespannplatte ausgebildeten auswechselbaren Boden von Schleudergußformen,
die um die senkrechte Achse umlaufen. Während bei der bekannten Anordnung das eingegossene
Material durch einen Sumpf bzw. Königstein mit radial angeordneten Kanälen nach
oben steigen soll, handelt es sich bei dieser Verteilungsvorrichtung um in der Drehrichtung
der Schleudergußform gekrümmte Kanäle, deren Wirkungsweise eine ganz andere ist
und die
Nachteile vermeidet, die sich bei Benutzung von radial verlaufenden
Kanälen ergeben. Nach einem Vorschlag, der nicht zum Stand der Technik gehört, werden
Gußstücke in Schleuderkokillen dadurch hergestellt, daß man das Metall in die Form
durch in Richtung der Drehung gekrümmte Kanäle von unten her aufsteigen läßt. Außerdem
ist es aber auch bei Standguß schon bekannt, das flüssige Metall durch gekrümmte
Kanäle der Form zuzuführen.
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Das Verfahren gestattet auch die Herstellung der Walzenzapfen in weicherem
Material gegenüber der sonst üblichen umständlicheren besonderen Anfertigung der
Zapfen in Sand. An sich ist es nicht neu, die Zapfen bei in Schleuderkokillen zu
gießenden Walzen in ein und demselben Arbeitsgang mitzugießen.
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In der Zeichnung ist in Abb. i ein Längsschnitt durch die Gußform
(Kokille) und Walze dargestellt. Abb.2 zeigt die Verteilungsvorrichtung in der Draufsicht.
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Die Gußform wird von der Schleudermaschine a und der Drehscheibe a1
in Drehung versetzt. b zeigt die Gußform, c den zugehörigen Deckel, welcher durch
Bolzen und Schließschrauben auf dem Flansch der Gußform b befestigt ist.
d veranschaulicht den äußeren harten Walzenmantel, e den inneren weichen
Kern, f die Verbindungs- bzw. Verschweißungszone zwischen Mantel d und Kern e. Mit
i wird eine Verlängerung des Zapfens h veranschaulicht, um das volle Gießen des
Zapfens la zu ermöglichen. Die Verlängerung i wird bei der Fertigbearbeitung der
Walze entfernt. In Abb. 2 zeigen die in der Drehrichtung der Gießform gekrümmten
Kanäle k den Einlauf des eingegossenen, Materials.