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Verfahren und Form zur Herstellung von Schleudergußstücken leas vorliegende
Verfahren betrifft die Herstellung von beliebig gestalteten Schleudergußstücken
vorzugsweise aus Metallen aller Art, insbesondere auch die Erzeugung von Schleudergußrohren
aus Eisen und Stahl.
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Bisher . geschieht die Herstellung von Schleudergußrohren fast ausschließlich
entweder nach dem Verfahren von de Lavaud oder nach dem Sandspun-Verfahren. Nach
ersterem wird Gußeisen bestimmter Gattierung in wassergekühlte, umlaufende Kokillen
mittels einer Gießrinne vergossen, die gegenüber der Kokille längs verschieblich
ist, so daß das auf der Kokilleninnenfläche sich ablagernde Metallband das Rohr
bildet. Erhebliche Schwierigkeiten bei diesem Verfahren liegen darin, daß die Kokille
durch das unmittelbar auftreffende heiße Eisen sehr hoch beansprucht wird und daß
das gebildete Rohr durch die starke Kühlwirkung der Kokille in seiner Außenzone
weiß erstarrt, so daß es einer nachträglichen Glühbehandlung unterworfen werden
muß.
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Um die Abschreckwirkung der Kokille zu vermeiden, hat man vorgeschlagen,
vor dem Einfließen des Metalls in die wassergekühlte Kokille Ausldeidungsstoffe
in pulveriger, geflechtartiger oder auch plastischer, bandartiger Form in sehr .dünner
Schichtstärke einzubringen. So sind beispielsweise Verfahren bekannt, bei denen
auf der Innenwand der umlaufenden Kokille eine Auskleidungsschicht in Form eines
in sich zusammenhängenden Gebildes abgelagert wird bzw. bei denen durch Wahl eines
entsprechenden Auskleidunggsstoffes ein in sich zusammenhängender filz- oder geflechtartiger
Überzug auf der Kokillenwandung gebildet wird, wobei dein Schleuderdruck die Aufgabe
zukommt, die Auskleidungsstoffe an die Wandung der
Schleuderform
anzulegen. Die gleiche Wirkung übt der Schleuderdruck bei den bekannten pulverförmigen
Auskleidungssto-ftten aus, welche auf der Innenwand der Kokille vorzugsweise als
sehr feine Staubteilchen. in so dünner Schicht abgelagert werden, daß die Schichtdicke
einige hundertstel Millimeter nicht überschreitet. Wenn man dabei auch zwecks Mitnahme
und Beschleunigung des feinen Staubes durch die Kokille und zwecks Herabminderung
der leichten Entzündbarkeit des feinen Staubes diesem schon gröbere Teilchen in
einem kleinen Bruchteil der Gesamtmenge zugemischt hat, so ist es dabei doch notwendig,
daß das Gießen des Metalls unmittelbar nach der .Bildung der Staubschicht erfolgt.
Der Grund hierfür liegt vermutlich darin, daß nur während der kurzen bis zum Auftreffen
des Gießstrahles verfließenden Zeitspanne die Staubteilchen nicht in der Lage sind,
die an ihnen haftenden Gase abzugeben, so daß die eben abgelagerte Staubschicht
auf einer dünnen, leicht verdrängbaren Luftschicht ruht, welche den Wärmeabfluß
etwas verzögert. Hierdurch tritt wohl eine Verbesserung des Gefüges ein, und die
Glühdauer wird herabgesetzt, jedoch ist im allgemeinen auch hierbei noch eine Glühbehandlung
erforderlich.
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Die mit der Benutzung wassergekühlter Kokillen verbundenen Schwierigkeiten
werden zwar bei dem Sandspun-Verfahren vermieden. Dafür wird hierbei jedoch im allgemeinen
mit Schleudergußformen gearbeitet, die, ebenso wie beim Röhrenstandguß, mit feuchtem
Formsand z. B. aufgestampft, dann auf eine Schleudermaschine gebracht und unter
bestimmten, zum Trocknen des feuchten Formsandes und zum gleichmäßigen Verteilen
des Metalles in der Form einzuhaltenden Bedingungen abgegossen werden. Um dabei
Auswaschungen des Formfutters durch das einfließende Gießmetall vorzubeugen, hat
man auf dem Formmassefutter harte, schalenartige Zementschichten oder Kohlestoffschlichteschichten
gebildet bzw. dem Gießmetall Flußmittel zugesetzt, welche die losgelösten, sich
an der Innenfläche des Gußkörpers absetzenden Futterstoffteilchen aufnehmen. Auf
diese Weise werden allerdings Rohre erhalten, die weich sind und keines Nachglühens
bedürfen und die auch mit beliebigen Gußeisengattierungen abgegossen werden können.
Dagegen bereitet gerade die Formsandauskleidung bei dieser Arbeitsweise erhebliche
Schwierigkeiten. Durch das Aufstampfen und Trocknen des Sandfutters sowie ferner
infolge der Wärmewirkung des Gießmetalls verfestigen sich die Sandmassen derart,
daß die Rohre nicht ohne weiteres gezogen werden können, sondern das Sandfutter
nach dem Guß mittels umständlicher Vorrichtungen zerstört werden muß. Abgesehen
davon ist das Aufstampfen der Formen mittels Rohrmodells umständlich und kostspielig
und verzögert die Fertigung. Um das Aufstampfen der Formen mittels eines Rohrmodells
zu vermeiden, hat man auch schon vorgeschlagen, die einen zum Zusammenbacken ausreichenden
Gehalt von Feuchtigkeit bzw. Bindemitteln enthaltende Formmasse durch Schleuderwirkung
in der umlaufenden Form zu verteilen und sie dann durch besondere verfestigend,
glättend und formgebend wirkende Werkzeuge, wie Schablonen oder Walzen, derart zu
bearbeiten, daß, gegebenenfalls unter Trocknung der Masse, ein hinreichend festes
Futter mit genügend glatter Innenfläche für das Eingießen des Gießwerkstoffes entsteht.
Obwohl hierdurch ein so fest in sich zusammenhängendes Formfutter gebildet wird,
daß die Drehung der so ausgefütterten Form vor dem Eingießen des Metalls zwecks
Einsetzens der Muffenkerne bzw. zwecks Überführung in die eigentliche Gießvorrichtung
völlig unterbrochen werden kann, hielt man hierbei es für erforderlich, dem Gießmetall
bei der Zuführung eine Drehbewegung zu erteilen, um dessen auswaschender Wirkung
auf das Formfutter vorzubeugen. Auch bei diesem Verfahren ergeben sich infolge,
der in sich verfestigten Formmasse beim Ziehen der Rohre die vorstehend angeführten
Schwierigkeiten.
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Von diesen Verfahrensarten ist das vorliegende Verfahren grundsätzlich
verschieden. Zu seiner Durchführung bedarf es weder genau auf Maß bearbeiteter Kokillen
aus Stahl oder anderen hochwertigen Werkstoffen noch eines GuBeisens von ganz bestimmter,
nur für gekühlte Kokillen brauchbaren Zusammensetzung, noch eines Ausglühens der
erzielten Gußstücke. Andererseits wird aber nach dem neuen Verfahren das umständliche
Aufstampfen der Formen mit Sand vor dem Guß bzw. das nach dem Einschleudern der
Formsandmasse bisher erforderliche Schablonieren und Trocknen der Formen vor dem
Guß und das mühsame Zerstören des Sandfutters nach dem Guß vermieden. Trotzdem werden
Gußstücke erzielt, und zwar auch solche aus Eisen und sogar Stahl, die die gleichen
Festigkeitseigenschaften wie die nach dem de Lavaud-Verfahren hergestellten aufweisen,
ihnen aber in der Schlagfestigkeit überlegen sind.
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Das neue, eine durch Schleuderwirkung erzeugte Auskleidung aus sandartigen
Stoffen benutzende Verfahren besteht darin, in der Form bzw. dem Formgehäuse ein
Formfutter aus in lockerem Zustand eingebrachten körnigen Stoffen dadurch zu bilden,
daß die
körnigen Bestandteile des Futters lediglich durch Wahl einer
so hohen Drehzahl in ihrer gegenseitigen Lage gesichert werden, daß gegenüber der
fortschwemmenden Wirkung des auftreffenden bzw. einfließenden Metalls ein genügend
fester und widerstandsfähiger Zusammenhalt des Futters gewährleistet ist, worauf
der Gußkörper unter Aufrechterhaltung der hierfür erforderlichen Drehzahl gebildet
wird.
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Entgegen der allgemein verbreiteten Auffassung hat sich nämlich überraschenderweise
ergeben, daß körnige Stoffe, insbesondere auch solche von wesentlich geringerem
spezifischem Gewicht als das Gußmetall, zur Bildung einer ausgezeichneten Auflagefläche
für das flüssige Schlendergußmetall geeignet sind, wenn die Stoffe, entsprechend
der gewählten Schichtdicke, ihrer Korngröße lind ihrem spezifischen Gewicht einer
so hohen Drehzahl unterworfen werden, daß ein eine gewisse Gasdurchlässigkeit besitzendes
Futter entsteht, das dem auftreffenden Metall einen ausreichenden, durch .die Stärke
der Schleuderkraftwirkung bedingten Widerstand entgegensetzt. Es bedarf also nicht
des Zusatzes bestimmter Bindemittel oder eines besonderen mechanischen Festpressens
der Stoffe in der Form oder einer Bearbeitung der Auskleidung mit glättenden und
profilgebenden Werkzeugen sowie insbesondere nicht einer Verfestigung der Formmasse
durch Trocknen, sondern das nach dem neuen Verfahren geschaffene Futter aus körnigen
Stoffen bildet unmittelbar eine ideale Auflageschicht von völlig ausreichender Widerstandsfähigkeit
für das einfließende Metall, sofern unter Berücksichtigung der Gießverhältnisse,
wie z. B. Schleuderformdurchmesser, spezifisches Gewicht und Menge des Gießgutes,
mindestens die durch die physikalischen Eigenschaften der körnigen Stoffe und ihre
Schichtstärke bedingte kritische Drehzahl erreicht wird.
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Ein älterer Vorschlag befaßt sich zwar bereits mit Schleuderformfuttern
aus losen körnigen Stoffen, welche dort gleichwertig mit Futtern aus geschmolzenen
spezifisch schwereren Metallen genannt-sind. In diesem ä 7 lteren Vorschlag
fehlt jedoch jeglicher Hinweis auf die planmäßige Wahl und ausschlaggebende Bedeutung
einer bestimmten kritischen Mindestdrehzahl gerade bei Futtern aus losen körnigen
Stoffen, so daß die Entwicklungder Technik durch diesen unfertigen und in seiner
Art noch gänzlich unbrauchbaren Vorschlag in keiner Weise beeinflußt worden ist.
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Ein besonderer Vorteil des neuen Verfahrens besteht darin, daß beim
Ziehen der Gußkörper kein Stauen der rieselfähigen,körnigen Futterstoffe eintritt
und daß die Körner als lockere, nicht zusammenhängende oder bakkende Masse aus der
Form herausrieseln können.
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Sollen nach dem neuen Verfahren insbesondere solche Metalle und Metallegierungen
vergossen werden, die beim Erstarren stark schwinden, wie z. B. Stahl oder Gußeisen,
so empfiehlt es sich, bei beginnender Erstarrung des gegossenen Metalls die Drehzahl
so zu vermindern, daß sich .die futterartige Schicht unter dem Nachlassen der Schleuderkraftwirkung
in ihrem inneren Zusammenhang lockert und ein ungehindertes Schwinden des Gußstückes
in axialer und radialer Richtung ermöglicht.
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Werden solche Metalle oder Metallegierungen vergossen, die durch beschleunigte
Abkühlung bei .der Erstarrung eine Gefügeverbesserung erfahren, wie z. B. Gußeisen,
so wird, wie es bei getrockneten und in sich fest zusammenhängenden Futtern an sich
bekannt ist, für das Futter vorzugsweise eine Schicht von solcher Stärke gewählt,
daß wohl eine Kühlwirkung, nicht aber ein abschreckender Einfluß von der Gußform
auf das erstarrende Metall ausgeübt wird. Es verringert -sich dabei der Wärmeabfluß
so weit, daß ein Nachglühen der Gußstücke nicht notwendig ist, selbst bei Anwendung
stark gekühlter Formgehäuse.
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Die Schichtstärke hängt jeweils von den physikalischen Eigenschaften
der Futterstoffe, insbesondere von ihrer Korngröße und der Wandstärke der Rohre
ab. Sie hält sich zweckmäßig in den Grenzen von etwa i bis 20 min, kann aber gegebenenfalls
auch geringere und auch größere Stärken je nach den Gußbedingungen annehmen.
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Damit eine gewisse Gasdurchlässigkeit der Schicht gewährleistet ist,
liegt die Größe der benutzten Körner vorzugsweise nicht unter etwa o,i mm. Durch
verschiedene Korngrößen läßt sich eine unter Umständen anzustrebende Rauhigkeit
der Außenwand der Gußkörper erreichen.
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Es kann in manchen Fällen zweckmäßig sein, als Futterstoff Gemische
aus körnigen Stoffen verschiedenen spezifischen Gewichts und bzw. oder verschiedenen
Wärineleitvermögens zu benutzen. Letzteres ist beispielsweise dann vorteilhaft,
wenn in einem Formteil, dessen Querschnitt sich von den übrigen Formteilen unterscheidet,
ein stärkerer Wärmeabfluß bewirkt werden soll, ohne die Schichtstärke zu ändern.
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Sollen hochschmelzende Metalle und Metalllegierungen von verhältnismäßig
engem Erstarrungsintervall, wie z. B. Stahl oder Gußeisen, vergossen werden, so
empfiehlt es sich, den Wärmeabfluß nicht nur durch Wahl einer entsprechenden Schichtdicke
des Futters zu
.verzögern, sondern die körnige Futtermasse in vorgewärmtem
oder heißem Zustand in die Form einzuführen.
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Es ist nicht notwendig, für eine besondere Bindung der Körner durch
ein Bindemittel zu sorgen, vielmehr ist die Schleuderkraftwirkung, wenn sie nur,
wie oben angegeben, entsprechend - bemessen wird, ausreichend, um die Bestandteile
der Schicht unter eine solche Druckspannung zu setzen, daß sie in völlig trockenem
Zustand verwendet werden können und unter .der Wirkung der notwendigen Drehzahl
wie ein starres, gasdurchlässiges Futter wirken. Es kann jedoch gegegebenenfalls
der körnigen Futtermasse auch ein unter der Wirkung des einfließenden Metalls nicht
gasendes Bindemittel zugesetzt werden, um, falls es die Bedingungen erfordern, mit
geringeren Drehzahlen als beim Arbeiten ohne Bindemittel gießen zu können. Es soll
aber in jedem Fall die Größe der Körner und die Schichtdicke so gewählt werden,
daß sie, wenigstens zum größten Teil, einander nur punktförmig berühren und eine
ausreichende Gasdurchlässigkeit gewährleistet ist. Es ist ferner darauf zu achten,
daß die körnigen Stoffe beim Eingießen .des Metalls nicht Schichten bilden können,
die zu einer Verstopfung oder Ausfüllung der Zwischenräume zwischen den einzelnen
Körnern Anlaß geben, so daß eine gasundurchlässige Hülle entsteht. Aus diesem Grunde
ist die Verwendung von Stoffen in einer der Kugelgestalt 'möglichst nahekommenden
Form besonders vorteilhaft. Die Anwendung flacher, länglicher Teilchen, die sich
miteinander verfilzen und einen in sich zusammenhängenden Körper bilden, ist ungünstiger,
da dann ungleich größere Berührungsflächen vorliegen und die Gefahr des Zusammensinterns
erhöht wird, wodurch naturgemäß die Gasdurchlässigkeit sinkt. Infolgedessen läßt
sich bei der Benutzung flacher, länglicher Teilchen der den Wärmeabfluß hindernde
Einfluß der Schicht nicht mit :der Sicherheit und Zuverlässigkeit regeln, als wenn
die Stoffe eine annähernd kugelige Körnerform besitzen.
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Für die Futterschicht kommen vorzugsweise sandartige Werkstoffe in
Betracht wie die verschiedenen Gießereisande oder Ölsande; es sind mit Vorteil jedoch
auch Metalle, sogar gepulverte Kohle, Schlacke und ähnliche Stoffe verwendbar, sofern
sie nur in körniger Form vorliegen und ein gasdurchlässiges Futter bilden. Es ist
auch möglich, auf das so ausgebildete Futter von ausgesprochen körnigem Charakter
in an sich bekannter Weise solche Stoffe aufzubringen bzw. in das Futter einzulagern,
die in die Oberfläche des einfließenden Metalls übergehen und auf die Außenhaut
veredelnd oder die korrosionsfestigkeit erhöhend wirken, oder die als emailartiger
Überzug auf das Gußstück aufschmelzen.
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Um ein Weggleiten der körnigen Stoffe an äen Stellen der Form zu verhindern,
an denen Wölbungen oder Vorsprünge sind, wie sie beim glockenförmigen Teil von Schleudergußrohren
vorkommen, können hierfür, was jedoch nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung
ist, Vorsprünge, Stifte o. dgl. angebracht werden, die das Weggleiten hindern. An
diesen Stellen kann aber auch ein muffenärtiger Teil aus wärmeschlechtleitendem
Stoff, z. B. ein aus Olsand hergestellter und getrockneter Körper, wie er in ähnlicher
Weise bei der Herstellung von Flanschenrohren, jedoch für einen anderen Zweck, nämlich
zur Ermöglichung .des Schwindens der Rohre, schon vorgeschlagen worden ist, oder
ein Schamottekörper o. dgl. eingesetzt werden, der vorzugsweise dieselbe Schichtdicke
wie das körnige Futter hat und sich etwa ebenso wie dieses hinsichtlich seiner den
Wärmeabfluß hindernden Wirkung verhält.
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Das Einbringen der körnigen Futterstoffe in das Formgehäuse erfolgt
zweckmäßig in an sich bekannter Weise mittels einer sich über .die Länge der Gußform
erstreckenden, gestrichen gefüllten Kipprinne, um an allen Stellen der Form völlig
gleiche Futterstärke zu erhalten. Der OOuerschnitt der Rinne wird vorteilhaft so
bemessen, daß auch in Formen ungleichartigen Querschnitts ein polsterartiges Futter
entsteht, welches in allen Teilen die gleiche Stärke besitzt, wie es z. B. bei kegelig
verlaufenden oder mit Absätzen versehenen Formen .der Fall ist. Es werden dann also
an die Formenteile größeren Querschnitts entsprechend größere Stoffmengen abgegeben,
die dann unter der Wirkung der Schleuderkraft genau das Innenprofil der Schleuderform
annehmen, ohne daß die Verwendung von Schablonen o. d-1. notwendig wird. Um trotz
verschiedener Futterstoffmengen, bezogen auf die Längeneinheit der Form, mit nur
einer Kipprinne auskommen zu können, werden im Grunde der Kipprinne auswechselbare
Einlagen verschiedenen Querschnitts angeordnet, so daß in allen Fällen trotz jeweils
anderer Futter stoffmengen die Kipprinne jeweils gestrichen voll gemacht werden
kann.
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Sollen rohrartige Körper hergestellt werden, so empfiehlt es sich,
die mit körnigen Stoffen ausgefütterte Schleuderform in an sich bekannter Weise
unter zweckmäßiger Neigung von dem höher gelegenen Ende her vorzugsweise mittels
einer kurzen Einlaufrinne mit Metall zu beschicken, so daß sich dieses unter der
Wirkung der Schleuderkraft an der Innenfläche des Formfutters spiralförmig
von
innen her nachfließend ablagert und so bis zum unteren Ende der umlaufenden Form
gelangt, wo etwaige beim Gießen sich abscheidende Unreinlichkeiten herausgespült
und von einem Schlackenfang aufgenommen' werden können. Bei dieser Herstellungsweise
ist es erfindungsgemäß vorteilhaft, an dem Eingußende der Form einen Einsatzring,
beispielsweise aus Schamotte oder getrocknetem Ölsand oder auch aus Metall, anzubringen,
auf den das Gießmetall geleitet wird und von wo es sich spiralförmig nach dem unteren
Ende hin verbreitet. Diese Verfahrensweise hat den großen Vorteil, daß ein innen
absolut glattes Rohr entsteht, welches keinerlei Nacharbeit bedarf. Die Neigung
der Form muß so bemessen sein, daß sie genügt, um den Reibungswiderstand der Innenfläche
der Futterschicht zu überwinden, sie darf aber nicht so hoch sein, daß das Metall
über die Futterschicht unter Bildung eines ungleichförmigen Hohlkörpers hinwegschießt.
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Lediglich beispielsweise sei folgende Arbeitsweise für die Durchführung
des Verfahrens angegeben: Ein Bußeisernes Schleuderformgehäuse, welches auch aus
mehreren sowohl in axialer als auch in radialer Richtung geteilten und miteinander
verbundenen Teilen bestehen und dessen Innenfläche unbearbeitet sein kann und welches
gegebenenfalls in weiterer Aushildung der Erfindung zum Abführen der Gase durchgehende
Längsriefen bzw. -rippen oder ähnliche Unebenheiten besitzt, die gleichzeitig in
an sich bekannter Weise die Futterstoffe halten, wird über ein längsgeschlitztes
Rohr geschoben, welches den zum Auskleiden erforderlichen körnigen Stoff, z. B.
Silbersand, enthält, .dessen Körnung zwischen etwa o,i und a mm liegt. Das Schleuderformgehäuse'
wird in solche Umdrehung versetzt, daß sich der Sand unter Kippen des geschlitzten
Rohres über die Forminnenfläche gleichmäßig in einer Schichtstärke von etwa 3 bis
5 mm verteilt. Darauf wird die Form zurückgefahren und nun die Drehzahl so bemessen,
daß sie mindestens die einerseits durch die physikalischen Eigenschaften des körnigen
Futterstoffes und durch den Schleuderformdurchmesser sowie durch die Futterstärke
und andererseits durch den Zentrifugaldruck der einfließenden Metallmasse bedingte
kritische Drehzahl erreicht, bei welcher die körnige Futterschicht der Wirkung des
einfließenden Gießmetalls den nötigen Widerstand entgegensetzt. Nun wird ein Gießkübel
mit kurzer Auslaufrinne vor das Eingußende der entsprechend geneigten Form gebracht.
Das Metall trifft beim Eingießen in die mit gleichbleibender Drehzahl umlaufende
Kokille zunächst auf einen z. B. aus Ölsand oder Schamotte o. dgl. bestehenden Einsatzring
und wird von diesem ausgehend in spiralförmig aneinanderschließenden Windungen über
die Innenfläche der Futterschicht gleichmäßig verteilt. Beim Eintreffen des Gießmetalls
am unteren Formende werden die Unreinigkeiten abgeschieden und dann gegegebenenfalls,
sobald die Erstarrung hinreichend vorgeschritten ist, die Drehzahl so verringert,
daß der Gußkörper ungehindert in axialer und radialer Richtung schwinden kann.
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Als Werkstoff kann dabei Gußeisen von ganz beliebiger Zusammensetzung,
ferner auch Stahl und andere Metalle und Metalllegierungen sowie gegebenenfalls
auch andere gießfähige Stoffe nichtmetallischen Charakters mit gleichem Vorteil
verwendet werden. Jede Gußeisenart z. B. erstarrt dabei durchgehend gleichmäßig
grau.